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DE102012211610B4 - Topology of a fully decoupled oscillator based on an LC resonant circuit for applications with low phase noise and high oscillation amplitude - Google Patents

Topology of a fully decoupled oscillator based on an LC resonant circuit for applications with low phase noise and high oscillation amplitude Download PDF

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DE102012211610B4
DE102012211610B4 DE102012211610A DE102012211610A DE102012211610B4 DE 102012211610 B4 DE102012211610 B4 DE 102012211610B4 DE 102012211610 A DE102012211610 A DE 102012211610A DE 102012211610 A DE102012211610 A DE 102012211610A DE 102012211610 B4 DE102012211610 B4 DE 102012211610B4
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active
circuit
drain
devices
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DE102012211610A
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German (de)
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Bodhisatwa Sadhu
Jean-Oliver Plouchart
Scott K. Reynolds
Alexander V. Rylyakov
Jose A. Tierno
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Original Assignee
International Business Machines Corp
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
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Abstract

Schwingkreisgestützter Oszillator (100), der Folgendes umfasst: ein oder mehrere aktive Bauelemente; ein oder mehrere passive Bauelemente; und eine Schwingkreisschaltung, die unter Verwendung wenigstens eines der ein oder mehreren passiven Bauelemente von dem einen oder mehreren aktiven Bauelementen entkoppelt ist, wobei ein Kopplungsverhältnis zwischen der Schwingkreisschaltung und dem einen oder den mehreren aktiven Bauelementen so eingestellt ist, dass ein Maximalwert einer Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung auf der Grundlage einer Durchbruchspannung lediglich des einen oder der mehreren passiven Bauelemente begrenzt ist, wobei das eine oder die mehreren passiven Bauelemente wenigstens einen ersten (123) und einen zweiten Kondensator (124) umfassen, das eine oder die mehreren aktiven Bauelemente N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistoren oder bipolare Transistoren sind, die ein erstes und ein zweites aktives Bauelement umfassen, wovon jedes wenigstens einen Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis aufweist, und wobei das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes (131) mit einer Seite des ersten Kondensators und dem Drain des zweiten aktiven Bauelementes (132) oder Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden ist, das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes (132) mit einer Seite des zweiten Kondensators (124) und dem Drain oder dem Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden ist und die Schwingkreisschaltung (140) zwischen die andere Seite des ersten Kondensators und die andere Seite des zweiten Kondensators geschaltet ist, um die Schwingkreisschaltung von den ersten und zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.A resonant circuit based oscillator (100) comprising: one or more active devices; one or more passive components; and a tank circuit that is decoupled from the one or more active devices using at least one of the one or more passive devices, wherein a coupling ratio between the tank circuit and the one or more active devices is set to be a maximum value of a vibration amplitude of the tank circuit is limited based on a breakdown voltage of only the one or more passive devices, wherein the one or more passive devices comprise at least a first (123) and a second capacitor (124), the one or more active devices N-channel Metal oxide field effect transistors or bipolar transistors comprising a first and a second active device, each having at least one drain or a collector and a gate or base, and wherein the gate or the base of the first active device (131) with a since e of the first capacitor and the drain of the second active device (132) or collector of the second active device, the gate or base of the second active device (132) is connected to one side of the second capacitor (124) and the drain or the collector the first active device is connected and the resonant circuit (140) is connected between the other side of the first capacitor and the other side of the second capacitor to decouple the resonant circuit from the first and second active components.

Description

REGIERUNGSRECHTEGOVERNMENT RIGHTS

Diese Erfindung erfolgte mit Unterstützung der Regierung gemäß Vertragsnummer: FA8650-09-C-7924 (Behörde des US-Verteidigungsministeriums für Forschungsprojekte (DARPA)). Die Regierung besitzt bestimmte Rechte an dieser Erfindung.This invention was made with government support under contract number: FA8650-09-C-7924 (Department of Defense Research Projects Authority (DARPA)). The government has certain rights to this invention.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Informationsverarbeitung und insbesondere auf eine Topologie eines vollständig entkoppelten Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises für Anwendungen mit niedrigem Phasenrauschen und hoher Schwingungsamplitude.The present invention relates generally to information processing, and more particularly to a topology of a fully decoupled oscillator based on an LC resonant circuit for low phase noise, high amplitude oscillation applications.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the Prior Art

Oszillator-Phasenrauschen ist ein wesentliches Leistungsmaß in vielen drahtlosen und leitungsgestützten Kommunikationsanwendungen, Radargeräten, Sensoren, Bilderzeugungseinrichtungen, Datenumsetzern usw. Die Leistung jedes taktgesteuerten Systems würde aus einem Oszillator mit geringerem Rauschen einen Nutzen ziehen. Eine Möglichkeit zum Verringern des Oszillator-Phasenrauschens besteht darin, die Amplitude der Schwingung zu vergrößern. In einer vorgegebenen Technologie ist die maximale Amplitude durch die Durchbruchspannung der aktiven Bauelemente (FETs, BJTs oder andere Typen von Bauelementen) festgelegt. Oszillator-Phasenrauschen kann außerdem durch die Verwendung von Bauelementen mit geringerem Rauschen oder Bauelementen mit höherer Durchbruchspannung, durch Absenken der Temperatur usw. vermindert werden.Oscillator phase noise is a significant performance measure in many wireless and wireline communications applications, radars, sensors, imagers, data converters, etc. The power of each clocked system would benefit from a lower noise oscillator. One way to reduce the oscillator phase noise is to increase the amplitude of the oscillation. In a given technology, the maximum amplitude is determined by the breakdown voltage of the active devices (FETs, BJTs or other types of devices). Oscillator phase noise can also be reduced by using lower noise devices or higher breakdown voltage devices, lowering the temperature, and so forth.

Ein allgemeiner Ausdruck für Oszillatorrauschen ist durch Leeson's Formel wie folgt gegeben:

Figure 00020001
A general term for oscillator noise is given by Leeson's formula as follows:
Figure 00020001

Aus dieser Gleichung kann erkannt werden, dass bei vorgegebener Temperatur T, Schwingungsfrequenz ω0, Offset vom Träger Δω und Q-Faktor die einzige Möglichkeit zum Verringern von Phasenrauschen darin besteht, die Signalleistung (Psig) (oder gleichbedeutend die Amplitude der Schwingung) zu vergrößern, wodurch der Rauschfaktor F konstant gehalten wird. Dabei ist k = 1,3806503 × 10–23 m2kg/s2/K die Boltzmann-Konstante.From this equation it can be seen that at given temperature T, oscillation frequency ω 0 , offset from carrier Δω and Q-factor, the only way to reduce phase noise is to increase the signal power (P sig ) (or equivalently the amplitude of the oscillation) increase, whereby the noise factor F is kept constant. Here k = 1.3806503 × 10 -23 m 2 kg / s 2 / K is the Boltzmann constant.

Innerhalb einer gegebenen Technologie ist die Vergrößerung des Amplituden/Rausch-Verhältnisses der produktivste praktische Ansatz zum Lösen dieses grundlegenden Problems. Es ist wichtig zu betonen, dass im Allgemeinen ein aktives Bauelement mit geringerem Rauschen auch eine niedrigere Durchbruchspannung aufweist. Außerdem ist in praktisch allen Technologien die Durchbruchspannung der aktiven Bauelemente viel niedriger als die Durchbruchspannung passiver Bauelemente. Es wird außerdem angemerkt, dass die Festigkeit einiger passiver Bauelemente (wie etwa Metall-Oxid-Metall-Kondensatoren) bis zu einem bestimmten Umfang konstruktiv gesteuert werden kann.Within a given technology, increasing the amplitude-to-noise ratio is the most productive practical approach to solving this fundamental problem. It is important to emphasize that in general an active device with less noise also has a lower breakdown voltage. In addition, in virtually all technologies, the breakdown voltage of the active devices is much lower than the breakdown voltage of passive devices. It is also noted that the strength of some passive devices (such as metal-oxide-metal capacitors) can be controlled constructively to a certain extent.

Im Buch „Halbleiter-Schaltungstechnik” sind die Schaltungen und Berechnungen von Colpitts-Oszillatoren in einer Kollektorschaltung oder mit einem Differenzverstärker offenbart (Tietze, U; Schenk Ch; Gamm E.: Halbleiter-Schaltungstechnik. 13. Auflage. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. 1515–1517; 1523–1525. – ISBN 978-3-642-01621-9).The book "Semiconductor Circuit Technology" discloses the circuits and calculations of Colpitts oscillators in a collector circuit or with a differential amplifier (Tietze, U; Schenk Ch: Gamm E .: Semiconductor Circuit Technology, 13th Edition Berlin, Heidelberg: Springer- Verlag, 2010. 1515-1517; 1523-1525 - ISBN 978-3-642-01621-9).

In der US 6700451 B1 ist ein spannungsgesteuerter Oszillator mit einer kreuzgekoppelten Kaskode offenbart. Der Oszillator umfasst: einen variablen Frequenz-Schwingkreis, eine erste und eine zweite kaskodegekoppelte aktive Vorrichtung, die mit dem Schwingkreis gekoppelt sind, und dritte und vierte kaskodegekoppelte aktive Vorrichtung, die mit dem Schwingkreis gekoppelt sind, das erste und das zweite aktive Gerät, die an der dritten und vierten aktiven Vorrichtung kreuzgekoppelt sind. Die Erfindung sieht geringere Drain-Gate Spannungen vor, wodurch Gerätfehler reduziert werden.In the US 6700451 B1 a voltage controlled oscillator with a cross-coupled cascode is disclosed. The oscillator comprises: a variable frequency oscillation circuit, first and second cascode coupled active devices coupled to the oscillation circuit, and third and fourth cascode coupled active devices coupled to the oscillation circuit, the first and second active devices at the third and fourth active devices are cross coupled. The invention provides lower drain-gate voltages, thereby reducing device errors.

In der US 8044733 B1 ist eine Vorrichtung offenbart, die einen spannungsgesteuerten Oszillator umfasst. Der Oszillator umfasst einen ersten Transistor, einen ersten Widerstand, der zwischen einem ersten Anschluß des ersten Transistors und einem ersten Knoten gekoppelt ist, einen ersten Kondensator, der funktionsmäßig zwischen einem zweiten Anschluß des ersten Transistors und dem ersten Knoten gekoppelt ist, und einen mit dem ersten Knoten funktionsmäßig gekoppelten zweiten Kondensator, wobei der erste Kondensator und der zweite Kondensator einen kapazitiven Spannungsteiler ausbilden. In the US Pat. No. 8044733 B1 For example, an apparatus is disclosed that includes a voltage controlled oscillator. The oscillator includes a first transistor, a first resistor coupled between a first terminal of the first transistor and a first node, a first capacitor operatively coupled between a second terminal of the first transistor and the first node, and one connected to the first transistor first node functionally coupled second capacitor, wherein the first capacitor and the second capacitor form a capacitive voltage divider.

In der US 6946924 B2 ist ein spannungsgesteuerter Oszillator mit einem Paar von Transistoren offenbart, wobei die Transistoren mit einem Schwingkreis gekoppelt sind, wobei der Schwingkreis eine Vielzahl von parallel zu einer Induktivität geschalteten Tuning-Dioden mit elektrisch gekoppelten Anoden aufwiest, wobei die Anoden an eine gemeinsame Verbindung gekoppelt sind.In the US 6946924 B2 discloses a voltage controlled oscillator having a pair of transistors, the transistors being coupled to a resonant circuit, the resonant circuit having a plurality of tuning diodes coupled in parallel with an inductor having electrically coupled anodes, the anodes being coupled to a common connection.

In der US 6204734 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Erweiterung eines VCO-Tuning-Bereichs offenbart. Eine parallel zu einer Kapazitätsdiode verbundene Shunt-Induktivität verringert eine effektive Kapazität der Kapazitätsdiode und erhöht ein Kapazitätsverhältnis. Dadurch wird der VCO-Tuning-Bereich ohne Erhöhung einer Abstimmempfindlichkeitsvariation und eines Phasenrausches erhöht.In the US 6204734 B1 For example, a method and apparatus for expanding a VCO tuning area are disclosed. A shunt inductance connected in parallel to a capacitance diode reduces an effective capacitance of the capacitance diode and increases a capacitance ratio. This increases the VCO tuning range without increasing tuning sensitivity variation and phase noise.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Bereitstellen eines verbesserten schwingkreisgestützten Oszillators sowie einen entsprechenden schwingkreisgestützten Oszillator zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to provide an improved method for providing an improved oscillator-based oscillator and a corresponding oscillating circuit-based oscillator available.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object underlying the invention is solved by the features of the independent claims. Preferred embodiments of the invention are indicated in the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Prinzipien wird ein schwingkreisgestützter Oszillator bereitgestellt. Der Oszillator enthält ein oder mehrere aktive Bauelemente, ein oder mehrere passive Bauelemente und eine Schwingkreisschaltung, die unter Verwendung wenigstens eines der ein oder mehreren passiven Bauelemente von dem einen oder mehreren aktiven Bauelementen entkoppelt ist. Ein Kopplungsverhältnis zwischen der Schwingkreisschaltung und des einen oder den mehreren aktiven Bauelementen ist so eingestellt, dass ein Maximalwert einer Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung basierend auf einer Durchbruchspannung lediglich des einen oder der mehreren passiven Bauelemente begrenzt ist.In accordance with one aspect of the present principles, a resonant oscillator is provided. The oscillator includes one or more active devices, one or more passive devices, and a tank circuit that is decoupled from the one or more active devices using at least one of the one or more passive devices. A coupling ratio between the tank circuit and the one or more active devices is set such that a maximum value of a vibration amplitude of the tank circuit is limited based on a breakdown voltage of only the one or more passive devices.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen das eine oder die mehreren passiven Bauelemente wenigstens einen ersten und einen zweiten Kondensator, das eine oder die mehreren aktiven Bauelemente sind N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistoren oder bipolare Transistoren, die ein erstes und ein zweites aktives Bauelement umfassen, wobei jedes wenigstens ein Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis aufweist und wobei das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes mit einer Seite des ersten Kondensators und dem Drain oder dem Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden ist, das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes mit einer Seite des zweiten Kondensators und dem Drain oder dem Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden ist, und die Schwingkreisschaltung zwischen die andere Seite des ersten Kondensators und die andere Seite des zweiten Kondensators geschaltet ist, um die Schwingkreisschaltung von den ersten und zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.According to one embodiment of the invention, the one or more passive devices comprise at least a first and a second capacitor, the one or more active devices being N-channel metal oxide field effect transistors or bipolar transistors comprising a first and a second active device, each having at least one drain or collector and a gate or base and wherein the gate or base of the first active device is connected to one side of the first capacitor and the drain or collector of the second active device, the gate or the base of the second active device is connected to one side of the second capacitor and the drain or collector of the first active device, and the oscillation circuit is connected between the other side of the first capacitor and the other side of the second capacitor to connect the oscillation circuit of the first and second second active n decouple components.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Prinzipien wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren enthält das Bereitstellen eines schwingkreisgestützten Oszillators mit einem oder mehreren aktiven Bauelementen, einem oder mehreren passiven Bauelementen und einer Schwingkreisschaltung. Das Verfahren enthält ferner das Entkoppeln der Schwingkreisschaltung von dem einen oder mehreren aktiven Bauelementen unter Verwendung wenigstens eines der ein oder mehreren passiven Bauelementen. Ein Kopplungsverhältnis zwischen der Schwingkreisschaltung und dem einen oder den mehreren aktiven Bauelementen ist so eingestellt, dass ein Maximalwert einer Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung anhand einer Durchbruchspannung von lediglich dem einen oder den mehreren passiven Bauelementen begrenzt ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner, dass das eine oder die mehreren aktiven Bauelemente lediglich einem Bruchteil des Maximalwerts der Schwingungsamplitude ausgesetzt werden.In accordance with another aspect of the present principles, a method is provided. The method includes providing a resonant oscillator having one or more active devices, one or more passive devices, and a tank circuit. The method further includes decoupling the tank circuit from the one or more active devices using at least one of the one or more passive devices. A coupling ratio between the tank circuit and the one or more active devices is set such that a maximum value of a vibration amplitude of the tank circuit is limited based on a breakdown voltage of only the one or more passive devices. According to an embodiment of the invention, the method further comprises exposing the one or more active devices to only a fraction of the maximum value of the oscillation amplitude.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen des Maximalwerts der Schwingungsamplitude anhand einer Durchbruchspannung und/oder eines Durchbruchstroms von wenigstens einem der einen oder der mehreren passiven Bauelemente.According to an embodiment of the invention, the method further comprises determining the maximum value of the vibration amplitude based on a breakdown voltage and / or a breakdown current of at least one of the one or more passive components.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die eine oder die mehreren aktiven Bauelemente einen oder mehreren MOSFETs und das Verfahren umfasst ferner das unabhängige Vorspannen eines Drain und eines Gate des einen oder der mehreren MOSFETs, um die Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung zu steuern. According to one embodiment of the invention, the one or more active devices comprise one or more MOSFETs, and the method further comprises independently biasing a drain and a gate of the one or more MOSFETs to control the oscillation amplitude of the tank circuit.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die eine oder die mehreren aktiven Bauelemente einen oder mehrere bipolare Transistoren, und das Verfahren umfasst ferner das unabhängige Vorspannen eines Kollektors und einer Basis des einen oder der mehreren bipolaren Transistoren, um die Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung zu steuern.According to an embodiment of the invention, the one or more active devices comprise one or more bipolar transistors, and the method further comprises independently biasing a collector and a base of the one or more bipolar transistors to control the amplitude of oscillation of the tank circuit.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Prinzipien wird ein schwingkreisgestützter Oszillator bereitgestellt. Der Oszillator enthält eine Schwingkreisschaltung. Der Oszillator enthält außerdem wenigstens einen ersten und einen zweiten Kondensator. Der Oszillator enthält ferner ein erstes und ein zweites aktives Bauelement. Jedes der ersten und der zweiten aktiven Bauelemente ist ein N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistor oder ein bipolarer Transistor und weist wenigstens einen Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis auf. Das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes ist mit einer Seite des ersten Kondensators und dem Drain oder dem Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden. Das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes ist mit einer Seite des zweiten Kondensators und dem Drain oder dem Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden. Die Schwingkreisschaltung ist zwischen die andere Seite des ersten Kondensators und die andere Seite des zweiten Kondensators geschaltet, um die Schwingkreisschaltung von den ersten und den zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.In yet another aspect of the present principles, a resonant oscillator is provided. The oscillator includes a resonant circuit. The oscillator also includes at least a first and a second capacitor. The oscillator further includes a first and a second active device. Each of the first and second active devices is an N-channel metal oxide field effect transistor or bipolar transistor and has at least one drain or collector and a gate or base. The gate or base of the first active device is connected to one side of the first capacitor and the drain or collector of the second active device. The gate or base of the second active device is connected to one side of the second capacitor and the drain or collector of the first active device. The tank circuit is connected between the other side of the first capacitor and the other side of the second capacitor to decouple the tank circuit from the first and second active devices.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Prinzipien wird ein schwingkreisgestützter Oszillator bereitgestellt. Der Oszillator enthält eine Schwingkreisschaltung. Der Oszillator enthält außerdem wenigstens einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Kondensator. Der Oszillator enthält ferner ein erstes und ein zweites aktives Bauelement. Jedes der ersten und zweiten aktiven Bauelemente ist ein N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistor oder ein bipolarer Transistor und weist wenigstens einen Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis auf. Das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes ist mit einer Seite des ersten Kondensators und einer Seite des dritten Kondensators verbunden. Das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes ist mit einer Seite des zweiten Kondensators und einer Seite des vierten Kondensators verbunden. Die andere Seite des ersten Kondensators ist mit dem Drain oder dem Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden. Die andere Seite des zweiten Kondensators ist mit dem Drain oder dem Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden. Die Schwingkreisschaltung ist zwischen die andere Seite des dritten Kondensators und die andere Seite des vierten Kondensators geschaltet, um die Schwingkreisschaltung von den ersten und zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.In yet another aspect of the present principles, a resonant oscillator is provided. The oscillator includes a resonant circuit. The oscillator also includes at least first, second, third and fourth capacitors. The oscillator further includes a first and a second active device. Each of the first and second active devices is an N-channel metal oxide field effect transistor or bipolar transistor and has at least one drain or collector and a gate or base. The gate or base of the first active device is connected to one side of the first capacitor and one side of the third capacitor. The gate or base of the second active device is connected to one side of the second capacitor and one side of the fourth capacitor. The other side of the first capacitor is connected to the drain or collector of the second active device. The other side of the second capacitor is connected to the drain or collector of the first active device. The tank circuit is connected between the other side of the third capacitor and the other side of the fourth capacitor to decouple the tank circuit from the first and second active devices.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Prinzipien wird ein schwingkreisgestützter Oszillator bereitgestellt. Der Oszillator enthält eine Schwingkreisschaltung. Der Oszillator enthält außerdem wenigstens einen ersten, einen zweiten, einen dritten, einen vierten Kondensator und einen fünften Kondensator. Der Oszillator enthält ferner ein erstes und ein zweites aktives Bauelement. Jedes der ersten und zweiten aktiven Bauelemente ist ein N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistor oder ein bipolarer Transistor und weist wenigstens einen Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis auf. Das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes ist mit einer Seite des ersten Kondensators und einer Seite des fünften Kondensators verbunden. Das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes ist mit einer Seite des zweiten Kondensators und der anderen Seite des fünften Kondensators verbunden. Eine Seite des vierten Kondensators ist mit dem Drain oder dem Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden. Eine Seite des dritten Kondensators ist mit dem Drain oder dem Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden. Die andere Seite des ersten Kondensators ist mit der anderen Seite des dritten Kondensators und einer Seite der Schwingkreisschaltung verbunden und die andere Seite des zweiten Kondensators ist mit der anderen Seite des vierten Kondensators und der anderen Seite der Schwingkreisschaltung verbunden, um die Schwingkreisschaltung von den ersten und den zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.In accordance with another aspect of the present principles, a resonant oscillator is provided. The oscillator includes a resonant circuit. The oscillator also includes at least a first, a second, a third, a fourth capacitor and a fifth capacitor. The oscillator further includes a first and a second active device. Each of the first and second active devices is an N-channel metal oxide field effect transistor or bipolar transistor and has at least one drain or collector and a gate or base. The gate or base of the first active device is connected to one side of the first capacitor and one side of the fifth capacitor. The gate or base of the second active device is connected to one side of the second capacitor and the other side of the fifth capacitor. One side of the fourth capacitor is connected to the drain or collector of the first active device. One side of the third capacitor is connected to the drain or collector of the second active device. The other side of the first capacitor is connected to the other side of the third capacitor and one side of the tank circuit, and the other side of the second capacitor is connected to the other side of the fourth capacitor and the other side of the tank circuit to connect the tank circuit of the first and second circuits to decouple the second active components.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden genauen Beschreibung von deren erläuternden Ausführungsformen deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist.These and other features and advantages will become apparent from the following detailed description of the illustrative embodiments thereof, taken in conjunction with the accompanying drawings.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Diese Offenbarung liefert Einzelheiten in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren, worin:This disclosure provides details in the following description of preferred embodiments with reference to the following figures, wherein:

1 eine Topologie 100 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken zeigt; 1 a topology 100 an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles;

2 die Ersatz-Halbschaltung 200 für die Topologie 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken zeigt; 2 the replacement half circuit 200 for the topology 100 according to an embodiment of the present principles;

3 eine Darstellung 300 für eine Simulation zeigt, die die stationäre Oszillationsamplitude (Atank), Gate-Spannungsamplitude (Agate) und eine Variation von Gm über den Zyklus für die Topologie 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken beinhaltet; 3 a depiction 300 for a simulation showing the stationary oscillation amplitude (Atank), gate voltage amplitude (Agate) and a variation of Gm over the cycle for the topology 100 according to an embodiment of the present principles;

4 eine weitere Topologie 400 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken zeigt; 4 another topology 400 an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles;

5 die Ersatz-Halbschaltung 500 für die Topologie 400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken zeigt; 5 the replacement half circuit 500 for the topology 400 according to an embodiment of the present principles;

6 noch eine weitere Topologie 600 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken zeigt; 6 yet another topology 600 an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles;

7 die Ersatz-Halbschaltung 700 für die Topologie 600 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken zeigt; 7 the replacement half circuit 700 for the topology 600 according to an embodiment of the present principles;

8 noch eine weitere Topologie 800 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken zeigt; 8th yet another topology 800 an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles;

9 die Ersatz-Halbschaltung 900 für die Topologie 800 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken zeigt; 9 the replacement half circuit 900 for the topology 800 according to an embodiment of the present principles;

10 eine nochmals weitere Topologie 1000 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken zeigt; 10 another topology 1000 an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles;

11 die Ersatz-Halbschaltung 1100 für die Topologie 1000 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken zeigt; und 11 the replacement half circuit 1100 for the topology 1000 according to an embodiment of the present principles; and

12 ein Verfahren 1200 zum Entkoppeln eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken ist. 12 a procedure 1200 for decoupling an oscillator based on an LC resonant circuit according to one embodiment of the present principles.

GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Die vorliegenden Grundgedanken sind auf eine Topologie eines vollständig entkoppelten Oszillators auf Basis eines Spule-Kondensator-(LC)-Schwingkreises für Anwendungen mit geringem Phasenrauschen und großer Schwingungsamplitude gerichtet.The present principles are directed to a topology of a fully decoupled oscillator based on a coil-capacitor (LC) oscillator for low phase noise, high amplitude oscillatory applications.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken wird eine Art und Weise vorgeschlagen, um den Oszillator so zu betreiben, dass die Schwingungsamplitude nicht durch die Durchbruchspannungen der aktiven Bauelemente begrenzt ist. Der LC-Schwingkreis ist stattdessen von den aktiven Bauelementen entkoppelt und das Kopplungsverhältnis zwischen dem LC-Schwingkreis und den aktiven Bauelementen ist so eingestellt, dass die Schwingungsamplitude den Maximalwert erreichen kann, der lediglich durch den Durchbruch der passiven Komponenten festgelegt ist. Es ist z. B. ein Szenario vorgesehen, bei dem der Oszillator unter Verwendung von aktiven Bauelementen mit Durchbruchspannungen von 1 V eine Spitze-Spitze-Differenzamplitude von 40 V sicher erreicht.According to one embodiment of the present principles, a manner is proposed for operating the oscillator such that the oscillation amplitude is not limited by the breakdown voltages of the active components. Instead, the LC resonant circuit is decoupled from the active devices and the coupling ratio between the LC resonant circuit and the active devices is set so that the oscillation amplitude can reach the maximum value determined only by the breakdown of the passive components. It is Z. For example, a scenario is provided in which the oscillator safely achieves a peak-to-peak difference amplitude of 40 V using active devices with 1 V breakdown voltages.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Grundgedanken werden die aktiven Bauelemente in dem Oszillator einem geringen Anteil der vollen Amplitude ausgesetzt. Das kann mit einem kapazitiven Teiler, einem Wandler oder einer ähnlichen passiven Entkopplungsvorrichtung realisiert werden. Ein zusätzlicher Vorteil des vorgeschlagenen Ansatzes besteht in dem verringerten Umfang des Rauschens, der von den aktiven Bauelementen in den Schwingkreis eingeführt wird. Das Gesamt-Phasenrauschen wird dann sowohl durch die vergrößerte Amplitude als auch durch die verhältnismäßig geringere Rauscheinleitung abgesenkt.According to an embodiment of the present principles, the active devices in the oscillator are exposed to a small amount of full amplitude. This can be realized with a capacitive divider, a converter or a similar passive decoupling device. An additional advantage of the proposed approach is the reduced amount of noise introduced into the resonant circuit by the active devices. The overall phase noise is then lowered both by the increased amplitude and by the relatively lower noise input.

Es wurde eine Vielzahl von Schaltungstopologien untersucht, die das Ziel der Reduzierung von Phasenrauschen durch die allgemeinen Techniken der vergrößerten Schwingungsamplitude und der verminderten Einleitung von Rauschen der aktiven Bauelemente in den Schwingkreis erreichen können. Die Topologien werden erläutert und durch den Grad klassifiziert, wie sie die folgenden Aufgaben erfüllen, die sämtlich zum Erreichen eines geringen Phasenrauschens vorteilhaft sind: (1) vergrößerte Schwingungsamplitude in dem LC-Schwingkreis des Oszillators; (2) verminderte Einleitung von Rauschen des aktiven Bauelementes in den LC-Schwingkreis; (3) verbesserte Güte (Q) des Schwingkreises (oder verminderte Verschlechterung der Güte des Schwingkreises infolge des aktiven Bauelementes und der Belastung der Vorspannungsschaltung); (4) unabhängige Vorspannung von Drain und Gate (oder Kollektor und Basis) des Bauelementes zur Steuerung der Schwingungsamplitude und des Betriebsbereichs des Bauelementes; und verminderte Signalformverzerrung. Diese oben genannten Vorteile (1) bis (4) ergeben sich direkt aus Leeson's Formel. A variety of circuit topologies have been explored that can achieve the goal of reducing phase noise through the general techniques of increased oscillation amplitude and reduced noise input of the active devices into the resonant circuit. The topologies are explained and classified by the degree they accomplish the following objects, all of which are advantageous for achieving low phase noise: (1) increased oscillation amplitude in the LC oscillation circuit of the oscillator; (2) reduced introduction of noise of the active device into the LC resonant circuit; (3) improved quality (Q) of the resonant circuit (or reduced deterioration of the quality of the resonant circuit due to the active device and the load of the bias circuit); (4) independent biasing of the drain and gate (or collector and base) of the device to control the amplitude of vibration and the operating range of the device; and reduced waveform distortion. These above-mentioned advantages (1) to (4) result directly from Leeson's formula.

1 zeigt eine Topologie 100 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Topologie 100 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises enthält eine Spule 111, eine Spule 112, einen Kondensator Cd 121, einen Kondensator Cd 122, einen Kondensator Ct 123, einen Kondensator Ct 124, ein aktives Bauelement 131, ein aktives Bauelement 132, einen LC-Schwingkreis 140 und eine Stromquelle 150. 1 shows a topology 100 an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles. The topology 100 an oscillator based on an LC resonant circuit contains a coil 111 , a coil 112 , a capacitor C d 121 , a capacitor C d 122 , a capacitor C t 123 , a capacitor C t 124 , an active component 131 , an active component 132 , an LC resonant circuit 140 and a power source 150 ,

Das Gate (oder die Basis) des aktiven Bauelementes 132 ist mit einer Seite des Kondensators Ct 124, dem Drain (oder dem Kollektor) des aktiven Bauelementes 131, einer Seite des Kondensators Cd 121 und einer Seite der Spule 111 verbunden. Das Gate (oder die Basis) des aktiven Bauelementes 131 ist mit einer Seite des Kondensators Ct 123, dem Drain (oder dem Kollektor) des aktiven Bauelementes 132, einer Seite des Kondensators Cd 122 und einer Seite der Spule 112 verbunden. Die andere Seite des Kondensators Cd 121 ist mit der anderen Seite des Kondensators Cd 122 verbunden. Die andere Seite der Spule 111 ist mit der anderen Seite der Spule 112 und mit einer Spannung VDD verbunden. Die LC-Schwingkreisschaltung 140 ist zwischen die andere Seite des Kondensators Ct 124 und die andere Seite des Kondensators Ct 123 geschaltet, um die LC-Schwingkreisschaltung 140 von den aktiven Bauelementen 131 und 132 zu entkoppeln. Die Sources (oder Emitter) der aktiven Bauelemente 131 und 132 sind miteinander und mit einer Stromquelle 150 verbunden.The gate (or base) of the active device 132 is with one side of the capacitor C t 124 , the drain (or collector) of the active device 131 , one side of the capacitor C d 121 and one side of the coil 111 connected. The gate (or base) of the active device 131 is with one side of the capacitor C t 123 , the drain (or collector) of the active device 132 , one side of the capacitor C d 122 and one side of the coil 112 connected. The other side of the capacitor C d 121 is with the other side of the capacitor C d 122 connected. The other side of the coil 111 is with the other side of the coil 112 and connected to a voltage V DD . The LC resonant circuit 140 is between the other side of the capacitor C t 124 and the other side of the capacitor C t 123 switched to the LC resonant circuit 140 from the active components 131 and 132 to decouple. The sources (or emitters) of the active devices 131 and 132 are with each other and with a power source 150 connected.

In dem Beispiel von 1 sind die aktiven Bauelemente 131 und 132 (n-Kanal-)MOSFETs. Mit den Erkenntnissen der hier bereitgestellten vorliegenden Prinzipien sollte jedoch erkannt werden, dass ein Fachmann die Topologie 100 von 1 in Bezug auf andere Typen von aktiven Bauelementen leicht implementieren kann, wobei der Erfindungsgedanke der vorliegenden Prinzipien beibehalten wird. Darüber hinaus kann der gleiche Bauelementetyp z. B. ein MOSFET verwendet werden, wobei jedoch eine p-Kanal-Version verwendet wird. Diese sowie weitere Variationen an den Schaltungselementen der Topologie 100 werden durch einen Fachmann mit den Erkenntnissen der hier bereitgestellten vorliegenden Prinzipien einfach festgelegt und implementiert. In der Topologie 100 wird der LC-Schwingkreis zu einer Position zwischen den Gates der Bauelemente 131 und 132, isoliert durch die Kondensatoren Ct verlagert.In the example of 1 are the active components 131 and 132 (N-channel) MOSFET. However, with the knowledge of the present principles provided herein, it should be recognized that one skilled in the art will appreciate the topology 100 from 1 with respect to other types of active devices, while retaining the inventive concept of the present principles. In addition, the same type of component z. As a MOSFET can be used, but with a p-channel version is used. These as well as further variations on the circuit elements of the topology 100 are readily determined and implemented by one skilled in the art with the knowledge of the present principles provided herein. In the topology 100 the LC resonant circuit becomes a position between the gates of the devices 131 and 132 , isolated by the capacitors C t shifts.

2 zeigt die Ersatz-Halbschaltung 200 für die Topologie 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Halbschaltung 200 enthält eine Spule 211, einen Kondensator 221, einen Widerstand Rt 291, einen Kondensator Ct 124, einen Kondensator Cd 121, ein aktives Bauelement 131 und ein invertierendes Bauelement 281. Die Spule 211, der Kondensator 221 und der Widerstand Rt 291 betreffen den LC-Schwingkreis 140. Im Einzelnen repräsentiert die Spule 211 die Induktivitätskomponente des LC-Schwingkreises 140, der Kondensator 221 repräsentiert die Kapazitätskomponente des LC-Schwingkreises 140 und Rt 291 repräsentiert die Verluste in dem LC-Schwingkreis 140. Obwohl Elemente von einer Hälfte der Topologie 100 für die Halbschaltung 200 verwendet werden, wobei die Bezugszeichen der Figur damit in Übereinstimmung gehalten werden, wird ein Fachmann leicht erkennen, dass die Werte der gleichen Elemente von der Topologie 100 der vollständigen Schaltung gegenüber der Halbschaltung 200 verschieden sind, jedoch trotzdem durch einen Fachmann mit den Erkenntnissen der hier bereitgestellten vorliegenden Prinzipien einfach bestimmt werden können. Ein stationärer Zustand wird gemäß dem Folgenden bestimmt:

Figure 00150001
2 shows the spare half circuit 200 for the topology 100 according to an embodiment of the present principles. The half circuit 200 contains a coil 211 , a capacitor 221 , a resistor R t 291 , a capacitor C t 124 , a capacitor C d 121 , an active component 131 and an inverting device 281 , The sink 211 , the capacitor 221 and the resistance R t 291 concern the LC resonant circuit 140 , In detail, the coil represents 211 the inductance component of the LC resonant circuit 140 , the capacitor 221 represents the capacitance component of the LC resonant circuit 140 and R t 291 represents the losses in the LC resonant circuit 140 , Although elements of one half of the topology 100 for the half circuit 200 with the reference numerals of the figure being kept in agreement with it, one skilled in the art will readily recognize that the values of the same elements are different from the topology 100 the complete circuit opposite the half circuit 200 may nevertheless be readily determined by one of ordinary skill in the art having the benefit of the present principles provided herein. A stationary condition is determined according to the following:
Figure 00150001

Es kann erkannt werden, dass die Schwingungsamplitude des Schwingkreises durch das Verhältnis Cd/(Cd + Ct) = 1/k auf die Gates der aktiven Bauelemente 131 und 132 aufgeteilt wird. Der Schwingkreis ist von den aktiven Bauelementen 131 und 132 entkoppelt, und der kapazitive Teiler ermöglicht eine höhere Schwingungsamplitude ohne die Möglichkeiten des Durchbruchs an den Gates der Bauelemente. Ein zusätzlicher Vorteil zur Topologie 100 besteht darin, dass das Drainstromrauschen nicht vollständig durch den Schwingkreis 140 fließt. Stattdessen fließt ein Teil des Drainstromrauschens durch die Reihenschaltung aus Ct und Rt und ein Teil durch Cd, Wenn man 1/n als den Bruchteil des Drainstromrauschens definiert, der in der Schwingkreis fließt, gilt n ≈ (ZCd + ZCt + Rt)/ZCd = (Ct + Cd + Rt·sCd·Ct)/Ct.It can be seen that the oscillation amplitude of the resonant circuit is represented by the ratio C d / (C d + C t ) = 1 / k on the gates of the active components 131 and 132 is split. The resonant circuit is of the active components 131 and 132 decoupled, and the capacitive divider allows a higher amplitude vibration without the possibility of breakthrough at the gates of the components. An additional one Advantage to topology 100 is that the drain current noise is not completely through the resonant circuit 140 flows. Instead, part of the drain current noise flows through the series circuit of C t and R t and part through C d . If one defines 1 / n as the fraction of the drain current noise flowing into the oscillation circuit, n ≈ (Z Cd + Z Ct + R t ) / Z Cd = (C t + C d + R t * sC d * C t ) / C t .

Der kapazitive Teiler in 1, der aus den Kondensatoren Ct und Cd gebildet ist, verringert die Belastung des aktiven Bauelementes in dem Schwingkreis 140, deswegen ist die Güte Q des Schwingkreises 140 in geringerem Umfang verschlechtert als im Fall eines kreuzgekoppelten Oszillators und es gibt eine geringere Signalformverzerrung.The capacitive divider in 1 , which is formed of the capacitors C t and C d , reduces the load on the active device in the resonant circuit 140 , therefore, the quality Q of the resonant circuit 140 degraded to a lesser extent than in the case of a cross-coupled oscillator and there is less waveform distortion.

3 zeigt eine Darstellung 300 für eine Simulation, die die stationäre Schwingungsamplitude (Atank), die Gate-Spannungsamplitude (Agate) und die Variation von Gm über den Zyklus für die Topologie 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien beinhaltet. Die x-Achse repräsentiert die Amplitudenschwankung an den Transistorgates oder gegebenenfalls an dem Schwingkreis und die y-Achse repräsentiert die Großsignaltranskonduktanz. In dem Beispiel von 3 sind k = 1,1 und n = 1,2. 3 shows a representation 300 for a simulation, the stationary oscillation amplitude (Atank), the gate voltage amplitude (Agate) and the variation of Gm over the cycle for the topology 100 according to one embodiment of the present principles. The x-axis represents the amplitude fluctuation at the transistor gates or optionally at the resonant circuit and the y-axis represents the large signal transconductance. In the example of 3 are k = 1.1 and n = 1.2.

4 zeigt eine weitere Topologie 400 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Topologie 400 des Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises enthält eine Spule 411, eine Spule 412, einen Kondensator Cd 421, einen Kondensator Cd 422, einen Kondensator Ct 423, einen Kondensator Ct 424, einen Kondensator Cc 425, einen Kondensator Cc 426, ein aktives Bauelement 431, ein aktives Bauelement 432, einen LC-Schwingkreis 440 und eine Stromquelle 450. 4 shows another topology 400 an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles. The topology 400 The oscillator based on an LC resonant circuit contains a coil 411 , a coil 412 , a capacitor C d 421 , a capacitor C d 422 , a capacitor C t 423 , a capacitor C t 424 , a capacitor C c 425 , a capacitor C c 426 , an active component 431 , an active component 432 , an LC resonant circuit 440 and a power source 450 ,

Das Gate (oder die Basis) des aktiven Bauelementes 431 ist mit einer Seite des Kondensators Cc 426 und einer Seite des Kondensators Ct 423 verbunden. Das Gate (oder die Basis) des aktiven Bauelementes 432 ist mit einer Seite des Kondensators Cc 425 und einer Seite des Kondensators Ct 424 verbunden. Die andere Seite des Kondensators Cc 426 ist mit dem Drain (oder Kollektor) des aktiven Bauelementes 432, einer Seite des Kondensators Cd 422 und einer Seite der Spule 412 verbunden. Die andere Seite des Kondensators Cc 425 ist mit dem Drain (oder Kollektor) des aktiven Bauelementes 431, einer Seite des Kondensators Cd 421 und einer Seite der Spule 411 verbunden. Die andere Seite des Kondensators Cd 421 ist mit der anderen Seite des Kondensators Cd 422 verbunden. Die andere Seite der Spule 411 ist mit der anderen Seite der Spule 412 und einer Spannung VDD verbunden. Die LC-Schwingkreisschaltung 440 ist zwischen die andere Seite des Kondensators Ct 423 und die andere Seite des Kondensators Ct 424 geschaltet, um die LC-Schwingkreisschaltung 440 von den aktiven Bauelementen 431 und 432 zu entkoppeln. Die Sources (oder Emitter) der aktiven Bauelemente 431 und 432 sind miteinander und mit einer Stromquelle 450 verbunden.The gate (or base) of the active device 431 is with one side of the capacitor C c 426 and one side of the capacitor C t 423 connected. The gate (or base) of the active device 432 is with one side of the capacitor C c 425 and one side of the capacitor C t 424 connected. The other side of the capacitor C c 426 is with the drain (or collector) of the active device 432 , one side of the capacitor C d 422 and one side of the coil 412 connected. The other side of the capacitor C c 425 is with the drain (or collector) of the active device 431 , one side of the capacitor C d 421 and one side of the coil 411 connected. The other side of the capacitor C d 421 is with the other side of the capacitor C d 422 connected. The other side of the coil 411 is with the other side of the coil 412 and a voltage V DD connected. The LC resonant circuit 440 is between the other side of the capacitor C t 423 and the other side of the capacitor C t 424 switched to the LC resonant circuit 440 from the active components 431 and 432 to decouple. The sources (or emitters) of the active devices 431 and 432 are with each other and with a power source 450 connected.

In dem Beispiel von 4 sind die aktiven Bauelemente 431 und 432 (n-Kanal-)MOSFETs. Mit den Erkenntnissen der hier bereitgestellten vorliegenden Prinzipien sollte jedoch erkannt werden, dass ein Fachmann die Topologie 400 von 4 in Bezug auf andere Typen von aktiven Bauelementen leicht implementieren kann, wobei der Erfindungsgedanke der vorliegenden Prinzipien beibehalten wird. Darüber hinaus kann der gleiche Bauelementetyp z. B. ein MOSFET verwendet werden, wobei jedoch eine p-Kanal-Version verwendet wird. Diese und andere Variationen an den Schaltungselementen der Topologie 400 werden durch einen Fachmann mit den Erkenntnissen der hier bereitgestellten vorliegenden Prinzipien leicht festgelegt und implementiert. Die Topologie 400 entkoppelt den LC-Schwingkreis 440 von den Anschlüssen der aktiven Bauelemente, wobei eine Möglichkeit bereitgestellt wird, die Schwingungsamplitude sowohl am Gate (oder an der Basis) als auch am Drain (oder am Kollektor) über die Durchbruchgrenzen des Bauelementes hinaus zu vergrößern, während gleichzeitig die Wirkungen der Nichtlinearität der Vorrichtung sowohl am Gate als auch am Drain vermindert werden.In the example of 4 are the active components 431 and 432 (N-channel) MOSFET. However, with the knowledge of the present principles provided herein, it should be recognized that one skilled in the art will appreciate the topology 400 from 4 with respect to other types of active devices, while retaining the inventive concept of the present principles. In addition, the same type of component z. As a MOSFET can be used, but with a p-channel version is used. These and other variations on topology circuit elements 400 are readily determined and implemented by one skilled in the art with the knowledge of the present principles provided herein. The topology 400 decouples the LC resonant circuit 440 from the terminals of the active devices, providing a possibility to increase the amplitude of oscillation both at the gate (or at the base) and at the drain (or at the collector) beyond the breakdown limits of the device, while at the same time reducing the effects of non-linearity of the device be reduced both at the gate and at the drain.

5 zeigt die Ersatz-Halbschaltung 500 für die Topologie 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Halbschaltung 500 enthält eine Spule 511, einen Kondensator 521, einen Widerstand Rt 591, einen Kondensator Cc 425, einen Kondensator Cd 421, einen Kondensator Ct 424, ein aktives Bauelement 431 und ein invertierendes Bauelement 481. Die Spule 511, der Kondensator 521 und der Widerstand Rt 591 beziehen sich auf den LC-Schwingkreis 440. Im Einzelnen repräsentiert die Spule 511 die Induktivitätskomponente des LC-Schwingkreises 440, der Kondensator 521 repräsentiert die Kapazitätskomponente des LC-Schwingkreises 440 und Rt 591 repräsentiert die Verluste in dem LC-Schwingkreis 440. Obwohl Elemente von einer Hälfte der Topologie 400 für die Halbschaltung 500 verwendet werden, indem die Bezugszeichen der Figur damit übereinstimmend beibehalten werden, wird ein Fachmann leicht erkennen, dass sich die Werte der gleichen Elemente von der Topologie 400 mit vollständiger Schaltung gegenüber der Halbschaltung 500 unterscheiden, werden jedoch trotzdem mit den Erkenntnissen der hier bereitgestellten Erkenntnisse der vorliegenden Prinzipien einfach bestimmt. Wiederum repräsentiert 1/n den Anteil des Drainstromrauschens, der in den Schwingkreis fließt, und 1/k repräsentiert das Spannungsteilungsverhältnis vom Schwingkreis zu den Bauelementegates, wobei n ≈ (ZCc + ZCt + Rt + ZCd)/ZCd = (CtCd + CdCc + sRtCdCCCt + CtCc)/CtCc und k ≈ (Ct + Ck)/Ct, wobei Ck = CcCd/(Cc + Cd). Der stationäre Zustand wird gemäß folgender Gleichung bestimmt:

Figure 00180001
5 shows the spare half circuit 500 for the topology 500 according to an embodiment of the present principles. The half circuit 500 contains a coil 511 , a capacitor 521 , a resistor R t 591 , a capacitor C c 425 , a capacitor C d 421 , a capacitor C t 424 , an active component 431 and an inverting device 481 , The sink 511 , the capacitor 521 and the resistance R t 591 refer to the LC resonant circuit 440 , In detail, the coil represents 511 the inductance component of the LC resonant circuit 440 , the capacitor 521 represents the capacitance component of the LC resonant circuit 440 and R t 591 represents the losses in the LC resonant circuit 440 , Although elements of one half of the topology 400 for the half circuit 500 By keeping the reference numerals of the figure consistent therewith, one skilled in the art will readily recognize that the values of the same elements are different from the topology 400 with full circuit to the half circuit 500 However, they will nevertheless be combined with the findings of the findings provided here simply determines the principles of the present. Again, 1 / n represents the proportion of the drain current noise flowing into the oscillation circuit, and 1 / k represents the voltage dividing ratio from the oscillation circuit to the device gates, where n≈ (Z Cc + Z Ct + R t + Z Cd ) / Z Cd = ( C t C d + C d C c + sR t C d C C t + C t C c ) / C t C c and k ≈ (C t + C k ) / C t , where C k = C c C d / (C c + C d ). The stationary state is determined according to the following equation:
Figure 00180001

Die Topologie 400 stellt ein Anwachsen der Schwingungsamplitude unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Techniken bereit. Die Kondensatorrückführung stellt sicher, dass selbst dann, wenn die Nichtlinearität der Bauelementetransduktanz die Schwingungsamplitude an dem Gate/der Basis begrenzt, die Amplitude am Schwingkreis 440 um einen Faktor k größer ist als diese Begrenzung. Außerdem ist die Nichtlinearität des Bauelementes vermindert, wodurch sich die Schwingungsamplitude sogar am Gate/der Basis für einen vorgegebenen Betrag von eingeführtem Rauschen des aktiven Bauelementes vergrößert. Darüber hinaus ist die Schwingungsamplitude durch das vollständige Entkoppeln des Schwingkreises 440 von den aktiven Bauelementen 431 und 432 nicht durch die Durchbruchspannung dieser Bauelemente 431 und 432 begrenzt.The topology 400 provides an increase in vibration amplitude using two different techniques. Capacitor feedback ensures that even when the non-linearity of the device transductance limits the amplitude of oscillation at the gate / base, the amplitude at the resonant circuit 440 by a factor k is greater than this limit. In addition, the non-linearity of the device is reduced, thereby increasing the oscillation amplitude even at the gate / base for a given amount of introduced noise of the active device. In addition, the vibration amplitude is due to the complete decoupling of the resonant circuit 440 from the active components 431 and 432 not by the breakdown voltage of these components 431 and 432 limited.

Zusammenfassend gibt es folgende Vorteile der Topologie 400: (1) die Schwingungsamplitude ist um das Schwingkreis-Gate(Basis)-Rückführungsverhältnis k vergrößert; (2) die Amplitude ist außerdem von Agate auf Atank vergrößert als ein Ergebnis der Gm-Linearisierung von einer geringeren Schwankung der Drainspannung wie in 3 gezeigt; (3) der Schwingkreis ist von den aktiven Bauelementen vollständig entkoppelt und kann deswegen viel größeren Spannungsschwankungen widerstehen; (4) lediglich ein Bruchteil des Rauschens des aktiven Bauelementes wird in den Schwingkreis eingeleitet; (5) lediglich ein Bruchteil des Rauschens von der Vorspannungsschaltungsanordnung fließt in den Schwingkreis; und (6) die Güte des Schwingkreises wird nicht dadurch verschlechtert, dass die MOSFETs in den Trioden-Betriebsbereich eintreten, wodurch eine geringere Verzerrung bewirkt und das Phasenrauschen verbessert wird. Die Vorteile (2) und (6) sind in vollständigen BJT-Versionen dieser Topologie 400 gegenüber MOSFET-Versionen weniger dominant.In summary, there are the following advantages of topology 400 : (1) the oscillation amplitude is increased by the oscillation circuit gate (base) return ratio k; (2) the amplitude is also increased from Agate to Atank as a result of the Gm linearization of a smaller variation of the drain voltage as in 3 shown; (3) the resonant circuit is completely decoupled from the active devices and therefore can withstand much larger voltage fluctuations; (4) only a fraction of the noise of the active device is introduced into the resonant circuit; (5) only a fraction of the noise from the bias circuitry flows into the resonant circuit; and (6) the quality of the oscillation circuit is not degraded by the fact that the MOSFETs enter the triode operating region, thereby causing less distortion and improving the phase noise. The benefits (2) and (6) are in full BJT versions of this topology 400 Less dominant over MOSFET versions.

6 zeigt noch eine weitere Topologie 600 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Topologie 600 des Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises enthält eine Spule 611, eine Spule 612, einen Kondensator Ct 623, einen Kondensator Ct 624, einen Kondensator Cc 625, einen Kondensator Cc 626, einen Kondensator Cg 627, ein aktives Bauelement 631, ein aktives Bauelement 632, einen LC-Schwingkreis 640 und eine Stromquelle 650. 6 shows another topology 600 an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles. The topology 600 The oscillator based on an LC resonant circuit contains a coil 611 , a coil 612 , a capacitor C t 623 , a capacitor C t 624 , a capacitor C c 625 , a capacitor C c 626 , a capacitor C g 627 , an active component 631 , an active component 632 , an LC resonant circuit 640 and a power source 650 ,

Das Gate (oder die Basis) des aktiven Bauelementes 631 ist mit einer Seite des Kondensators Cc 626 und einer Seite des Kondensators Cg 627 verbunden. Das Gate (oder die Basis) des aktiven Bauelementes 632 ist mit einer Seite des Kondensators Cc 625 und der anderen Seite des Kondensators Cg 627 verbunden. Die andere Seite des Kondensators Cc 626 ist mit dem Drain (oder dem Kollektor) des aktiven Bauelementes 632, einer Seite des Kondensators Ct 624 und einer Seite der Spule 612 verbunden. Die andere Seite des Kondensators Cc 625 ist mit dem Drain (oder Kollektor) des aktiven Bauelementes 631, einer Seite des Kondensators Ct 623 und einer Seite der Spule 611 verbunden. Die andere Seite der Spule 611 ist mit der anderen Seite der Spule 612 und einer Spannung VDD verbunden. Die LC-Schwingkreisschaltung 640 ist zwischen die andere Seite des Kondensators Ct 623 und die andere Seite des Kondensators Ct 624 geschaltet, um die LC-Schwingkreisschaltung 640 von den aktiven Bauelementen 631 und 632 zu entkoppeln. Sources (oder Emitter) der aktiven Bauelemente 631 und 632 sind miteinander und mit einer Stromquelle 650 verbunden.The gate (or base) of the active device 631 is with one side of the capacitor C c 626 and one side of the capacitor C g 627 connected. The gate (or base) of the active device 632 is with one side of the capacitor C c 625 and the other side of the capacitor C g 627 connected. The other side of the capacitor C c 626 is with the drain (or collector) of the active device 632 , one side of the capacitor C t 624 and one side of the coil 612 connected. The other side of the capacitor C c 625 is with the drain (or collector) of the active device 631 , one side of the capacitor C t 623 and one side of the coil 611 connected. The other side of the coil 611 is with the other side of the coil 612 and a voltage V DD connected. The LC resonant circuit 640 is between the other side of the capacitor C t 623 and the other side of the capacitor C t 624 switched to the LC resonant circuit 640 from the active components 631 and 632 to decouple. Sources (or emitters) of active devices 631 and 632 are with each other and with a power source 650 connected.

In dem Beispiel von 6 sind die aktiven Bauelemente 631 und 632 (n-Kanal-)MOSFETs. Mit den Erkenntnissen der hier bereitgestellten vorliegenden Prinzipien sollte jedoch erkannt werden, dass ein Fachmann die Topologie 600 von 6 in Bezug auf andere Typen von aktiven Bauelementen leicht implementieren kann, wobei der Erfindungsgedanke der vorliegenden Prinzipien beibehalten wird. Darüber hinaus kann der gleiche Bauelementetyp z. B. ein MOSFET verwendet werden, wobei jedoch eine p-Kanal-Version verwendet wird. Diese und andere Variationen an den Schaltungselementen der Topologie 600 werden durch einen Fachmann mit den Erkenntnissen der hier bereitgestellten vorliegenden Prinzipien leicht festgelegt und implementiert. Die Topologie 600 verschiebt den LC-Schwingkreis 640 an eine Stelle zwischen den Bauelementedrains, isoliert durch Kondensatoren Ct.In the example of 6 are the active components 631 and 632 (N-channel) MOSFET. However, with the knowledge of the present principles provided herein, it should be recognized that one skilled in the art will appreciate the topology 600 from 6 with respect to other types of active devices, while retaining the inventive concept of the present principles. In addition, the same type of component z. As a MOSFET can be used, but with a p-channel version is used. These and other variations on topology circuit elements 600 are readily determined and implemented by one skilled in the art with the knowledge of the present principles provided herein. The topology 600 shifts the LC resonant circuit 640 at a location between the device drains, isolated by capacitors C t .

7 zeigt die Ersatz-Halbschaltung 700 für die Topologie 600 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Halbschaltung 700 enthält eine Spule 711, einen Kondensator 721, einen Widerstand Rt 791, einen Kondensator Cc 625, einen Kondensator 2·Cg 627, einen Kondensator Ct 623, ein aktives Bauelement 731 und ein invertierendes Bauelement 781. Die Spule 711, der Kondensator 721 und der Widerstand Rt 791 beziehen sich auf den LC-Schwingkreis 640. Im Einzelnen repräsentiert die Spule 711 die Induktivitätskomponente des LC-Schwingkreises 640, der Kondensator 721 repräsentiert die Kapazitätskomponente des LC-Schwingkreises 640 und Rt 791 repräsentiert die Verluste in dem LC-Schwingkreis 640. Obwohl Elemente von einer Hälfte der Topologie 600 für die Halbschaltung 700 verwendet werden, indem die Bezugszeichen der Figur damit übereinstimmend beibehalten werden, wird ein Fachmann leicht erkennen, dass sich die Werte der gleichen Elemente von der Topologie 600 mit vollständiger Schaltung gegenüber der Halbschaltung 700 unterscheiden, sie werden jedoch trotzdem mit den Erkenntnissen der hier bereitgestellten Erkenntnisse der vorliegenden Prinzipien einfach bestimmt. Durch Vergleich mit der Halbschaltung 500 zeigt die Halbschaltung 700 deutlich, dass das Spannungsteilungsverhältnis vom Schwingkreis 640 zu den Bauelementegates im Vergleich zum Schwingkreis größer ist. 7 shows the spare half circuit 700 for the topology 600 according to an embodiment of the present principles. The half circuit 700 contains a coil 711 , a capacitor 721 , a resistor R t 791 , a capacitor C c 625 , a capacitor 2 · C g 627 , a capacitor C t 623 , an active one module 731 and an inverting device 781 , The sink 711 , the capacitor 721 and the resistance R t 791 refer to the LC resonant circuit 640 , In detail, the coil represents 711 the inductance component of the LC resonant circuit 640 , the capacitor 721 represents the capacitance component of the LC resonant circuit 640 and R t 791 represents the losses in the LC resonant circuit 640 , Although elements of one half of the topology 600 for the half circuit 700 By keeping the reference numerals of the figure consistent therewith, one skilled in the art will readily recognize that the values of the same elements are different from the topology 600 with full circuit to the half circuit 700 Nevertheless, they are nevertheless determined with the knowledge of the knowledge provided here of the present principles. By comparison with the half circuit 500 shows the half circuit 700 clearly that the voltage division ratio of the resonant circuit 640 is larger compared to the component gates compared to the resonant circuit.

Das heißt, der Anteil der Schwingkreisspannung an den Bauelementegates ist (um 1/k) kleiner, wobei k ≈ (Cl + Cd)/Cl wobei Cl = CcCt/(Cc + Ct). Umgekehrt ist der Anteil der Schwingkreisspannung an den Bauelementegates größer als in 5 und ist durch (Ct + Ck)/Ct wobei Ck = CcCd/(Cc + Cd) gegeben. Somit stellt die Topologie 600 eine stärkere Gm-Linearisierung als die Topologie 400 bereit, da die Schwankung am Drain verhältnismäßig geringer ist, was eine geringere Nichtlinearität bewirkt. Das Rückführungsverhältnis zu dem Gate ist jedoch verhältnismäßig größer für die Topologie 600 im Vergleich zur Topologie 400, deswegen vergrößert sich die Amplitude an dem Schwingkreis als ein Ergebnis dieses Rückführungsverhältnisses. Daher stellen diese beiden Topologien 600 und 400 eine Möglichkeit eines Kompromisses zwischen den beiden Techniken zur Amplitudenvergrößerung in Abhängigkeit von den Bauelementecharakteristiken und den Anforderung für einen bestimmten Entwurf bereit.That is, the proportion of the resonant circuit voltage at the component gates is smaller (by 1 / k), where k ≈ (C l + C d ) / C l where C l = C c C t / (C c + C t ). Conversely, the proportion of the resonant circuit voltage at the component gate is greater than in 5 and is given by (C t + C k ) / C t where C k = C c C d / (C c + C d ). Thus, the topology represents 600 a stronger G m linearization than the topology 400 because the fluctuation at the drain is relatively lower, resulting in less nonlinearity. However, the feedback ratio to the gate is relatively larger for the topology 600 in comparison to the topology 400 Therefore, the amplitude on the resonant circuit increases as a result of this feedback ratio. Therefore, these two topologies represent 600 and 400 a possibility of compromise between the two techniques of increasing the amplitude depending on the device characteristics and the requirement for a particular design.

Da z. B. in praktischen Implementierungen die Nichtlinearität von MOSFETs von der Schwankung der Drainspannung stark abhängig ist, ist die Topologie 400 mit ihrer geringeren Spannungsschwankung für MOSFET-Implementierungen geeignet. Bei Berücksichtigung von BJT-Versionen der gleichen Topologie 400 beeinflusst die Schwankung der Kollektorspannung die BJT-Nichtlinearität nicht so signifikant wie die Schwankung an dem Knoten der stark nichtlinearen Basisspannung. Deswegen macht die Amplitudenvergrößerung in der Topologie 600 aus dem großen Schwingkreis-Gate-Rückführungsverhältnis (k) die Topologie 600 für BJT-Versionen besonders geeignet.Because z. For example, in practical implementations, the nonlinearity of MOSFETs is highly dependent on the variation in drain voltage is the topology 400 with its lower voltage fluctuation suitable for MOSFET implementations. Considering BJT versions of the same topology 400 For example, the collector voltage variation does not affect the BJT non-linearity as significantly as the fluctuation at the node of the highly nonlinear base voltage. That is why the amplitude magnification in the topology makes 600 from the large resonant circuit gate feedback ratio (k) the topology 600 Especially suitable for BJT versions.

8 zeigt noch eine weitere Topologie 800 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Topologie 800 des Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises enthält eine Spule 811, eine Spule 812, einen Kondensator Cd 821, einen Kondensator Cd 822, einen Kondensator Ct 823, einen Kondensator Ct 824, einen Kondensator Cc 825, einen Kondensator Cc 826, einen Kondensator Cg 827, ein aktives Bauelement 831, ein aktives Bauelement 832, einen LC-Schwingkreis 840 und eine Stromquelle 850. 8th shows another topology 800 an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles. The topology 800 The oscillator based on an LC resonant circuit contains a coil 811 , a coil 812 , a capacitor C d 821 , a capacitor C d 822 , a capacitor C t 823 , a capacitor C t 824 , a capacitor C c 825 , a capacitor C c 826 , a capacitor C g 827 , an active component 831 , an active component 832 , an LC resonant circuit 840 and a power source 850 ,

Das Gate (oder die Basis) des aktiven Bauelementes 831 ist mit einer Seite des Kondensators Ct 823 und einer Seite des Kondensators Cg 827 verbunden. Das Gate (oder die Basis) des aktiven Bauelementes 832 ist mit einer Seite des Kondensators Ct 824 und der anderen Seite des Kondensators Cg 827 verbunden. Eine Seite des Kondensators Cc 825 ist mit dem Drain (oder Kollektor) des aktiven Bauelementes 831, einer Seite des Kondensators Cd 821 und einer Seite der Spule 811 verbunden. Eine Seite des Kondensators Cc 826 ist mit dem Drain (oder Kollektor) des aktiven Bauelementes 832, einer Seite des Kondensators Cd 822 und einer Seite der Spule 812 verbunden. Die andere Seite der Spule 811 ist mit der anderen Seite der Spule 812 und einer Spannung VDD verbunden. Die andere Seite des Kondensators Ct 823 ist mit der anderen Seite des Kondensators Cc 826 und einer Seite der LC-Schwingkreisschaltung 840 verbunden. Die andere Seite des Kondensators Ct 824 ist mit der anderen Seite des Kondensators Cc 825 und der anderen Seite der LC-Schwingkreisschaltung 840 verbunden, um die LC-Schwingkreisschaltung 840 von den aktiven Bauelementen 831 und 832 zu entkoppeln. Sources (oder Emitter) der aktiven Bauelemente 831 und 832 sind miteinander und mit einer Stromquelle 850 verbunden.The gate (or base) of the active device 831 is with one side of the capacitor C t 823 and one side of the capacitor C g 827 connected. The gate (or base) of the active device 832 is with one side of the capacitor C t 824 and the other side of the capacitor C g 827 connected. One side of the capacitor C c 825 is with the drain (or collector) of the active device 831 , one side of the capacitor C d 821 and one side of the coil 811 connected. One side of the capacitor C c 826 is with the drain (or collector) of the active device 832 , one side of the capacitor C d 822 and one side of the coil 812 connected. The other side of the coil 811 is with the other side of the coil 812 and a voltage V DD connected. The other side of the capacitor C t 823 is with the other side of the capacitor C c 826 and one side of the LC tank circuit 840 connected. The other side of the capacitor C t 824 is with the other side of the capacitor C c 825 and the other side of the LC tank circuit 840 connected to the LC resonant circuit 840 from the active components 831 and 832 to decouple. Sources (or emitters) of active devices 831 and 832 are with each other and with a power source 850 connected.

Für beispielhafte Zwecke sind die aktiven Bauelemente 831 und 832 als bipolare Transistoren dargestellt. Es sollte jedoch erkannt werden, dass in der Topologie 800 stattdessen anstelle der Transistoren einfach MOSFETs verwendet werden können, wobei der Erfindungsgedanken der vorliegenden Prinzipien beibehalten wird. Diese sowie weitere Variationen an den Schaltungselementen der Topologie 800 werden durch einen Fachmann mit den hier bereitgestellten Erkenntnissen der vorliegenden Prinzipien einfach bestimmt und implementiert.For exemplary purposes, the active devices are 831 and 832 represented as bipolar transistors. However, it should be recognized that in topology 800 instead, MOSFETs may be used instead of the transistors, while retaining the spirit of the present principles. These as well as further variations on the circuit elements of the topology 800 are readily determined and implemented by one of ordinary skill in the art having the benefit of the present principles provided herein.

9 zeigt die Ersatz-Halbschaltung 900 für die Topologie 800 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Halbschaltung 900 enthält eine Spule 911, einen Kondensator 921, einen Widerstand Rt 991, einen Kondensator Cc 825, einen Kondensator Cd 821, einen Kondensator Ct 824, einen Kondensator 2·Cg 827, ein aktives Bauelement 831 und ein invertierendes Bauelement 981. Die Spule 911, der Kondensator 921 und der Widerstand Rt 991 betreffen den LC-Schwingkreis 840. Im Einzelnen repräsentiert die Spule 911 die induktive Komponente des LC-Schwingkreises 840, der Kondensator 921 repräsentiert die kapazitive Komponente des LC-Schwingkreises 840 und Rt 991 repräsentiert die Verluste in dem LC-Schwingkreis 840. Obwohl Elemente von einer Hälfte der Topologie 800 für die Halbschaltung 900 verwendet werden, wobei die Bezugszeichen der Figur hierzu entsprechend beibehalten wurden, wird ein Fachmann leicht erkennen, dass die Werte der gleichen Elemente von der Topologie 800 der vollständigen Schaltung gegenüber der Halbschaltung 900 verschieden sind, sie können jedoch trotzdem durch einen Fachmann mit den hier bereitgestellten Erkenntnissen der vorliegenden Prinzipien leicht bestimmt werden. 9 shows the spare half circuit 900 for the topology 800 according to an embodiment of the present principles. The half circuit 900 contains a coil 911 , a capacitor 921 , a resistor R t 991 , a capacitor C c 825 , a capacitor C d 821 , a capacitor C t 824 , a capacitor 2 · C g 827 , an active component 831 and an inverting device 981 , The sink 911 , the capacitor 921 and the resistance R t 991 concern the LC resonant circuit 840 , In detail, the coil represents 911 the inductive component of the LC resonant circuit 840 , the capacitor 921 represents the capacitive component of the LC resonant circuit 840 and R t 991 represents the losses in the LC resonant circuit 840 , Although elements of one half of the topology 800 for the half circuit 900 with the reference numerals of the figure retained accordingly, one skilled in the art will readily recognize that the values of the same elements are different from the topology 800 the complete circuit opposite the half circuit 900 However, they may nevertheless be readily determined by one of ordinary skill in the art having the benefit of the present principles provided herein.

Die Topologie 800 weist die gleichen Vorteile wie die oben erwähnte Topologie 400 auf. Diese Topologie 800 bietet außerdem einen zusätzlichen Freiheitsgrad für die Wahl der Variablen und stellt deswegen eine bessere Steuerung über die Leistungsspezifikationen für diesen Entwurf bereit. Das heißt im Vergleich zu der Topologie 400 fügt die Topologie 800 einen zusätzlichen Kondensator hinzu (vergleiche 9 mit 5), der nun eine Freiheit beim Auswählen der kapazitiven Gesamtlast, der Vorspannungsabstimmung und Rückführungsverhältnisse bereitstellt (d. h. es gibt 4 Kondensatoren und 4 Spezifikationen). Das ist insbesondere nützlich bei bipolaren Implementierungen, bei denen eine kleinere Schwankung der Basisspannung erwünscht ist infolge einer höheren Bauelementetranskonduktanz und einer größeren Nichtlinearität in der Basis-Emitter-Schaltung.The topology 800 has the same advantages as the topology mentioned above 400 on. This topology 800 also provides an extra degree of freedom for the choice of variables and therefore provides better control over the performance specifications for this design. That means in comparison to the topology 400 adds the topology 800 add an additional capacitor (see 9 With 5 ), which now provides freedom in selecting total capacitive load, bias tuning, and feedback ratios (ie, there are 4 capacitors and 4 specifications). This is particularly useful in bipolar implementations where a smaller variation of the base voltage is desired due to higher device transconductance and greater non-linearity in the base-emitter circuit.

10 zeigt eine nochmals weitere Topologie 1000 eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Topologie 1000 des Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises enthält eine Spule 1011, eine Spule 1012, einen Kondensator Cd 1021, einen Kondensator Cd 1022, einen Kondensator Ct 1023, einen Kondensator Ct 1024, einen Kondensator Cc 1025, einen Kondensator Cc 1026, einen Kondensator Cg 1027, ein aktives Bauelement 1031, ein aktives Bauelement 1032, einen LC-Schwingkreis 1040 und eine Stromquelle 1050. 10 shows another topology 1000 an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles. The topology 1000 The oscillator based on an LC resonant circuit contains a coil 1011 , a coil 1012 , a capacitor C d 1021 , a capacitor C d 1022 , a capacitor C t 1023 , a capacitor C t 1024 , a capacitor C c 1025 , a capacitor C c 1026 , a capacitor C g 1027 , an active component 1031 , an active component 1032 , an LC resonant circuit 1040 and a power source 1050 ,

Das Gate (oder die Basis) des aktiven Bauelementes 1031 ist mit einer Seite des Kondensators Cc 1026, einer Seite des Kondensators Ct 1023 und einer Seite des Kondensators Cg 1027 verbunden. Das Gate (oder die Basis) des aktiven Bauelementes 1032 ist mit einer Seite des Kondensators Cc 1025, einer Seite des Kondensators Ct 1024 und der anderen Seite des Kondensators Cg 1027 verbunden. Die andere Seite des Kondensators Cc 1026 ist mit dem Drain (oder Kollektor) des aktiven Bauelementes 1032, einer Seite des Kondensators Cd 1022 und einer Seite einer Spule 1012 verbunden. Die andere Seite des Kondensators Cc 1025 ist mit dem Drain (oder Kollektor) des aktiven Bauelementes 1031, einer Seite des Kondensators Cd 1021 und einer Seite der Spule 1011 verbunden. Die andere Seite des Spule 1011 ist mit der anderen Seite der Spule 1012 und einer Spannung VDD verbunden. Die LC-Schwingkreisschaltung 1040 ist zwischen die andere Seite des Kondensators Ct 1023 und die andere Seite des Kondensators Ct 1024 geschaltet, um die LC-Schwingkreisschaltung 1040 von den aktiven Bauelementen 1031 und 1032 zu entkoppeln. Sources (oder Emitter) der aktiven Bauelemente 1031 und 1032 sind miteinander und mit einer Stromquelle 1050 verbunden.The gate (or base) of the active device 1031 is with one side of the capacitor C c 1026 , one side of the capacitor C t 1023 and one side of the capacitor C g 1027 connected. The gate (or base) of the active device 1032 is with one side of the capacitor C c 1025 , one side of the capacitor C t 1024 and the other side of the capacitor C g 1027 connected. The other side of the capacitor C c 1026 is with the drain (or collector) of the active device 1032 , one side of the capacitor C d 1022 and one side of a coil 1012 connected. The other side of the capacitor C c 1025 is with the drain (or collector) of the active device 1031 , one side of the capacitor C d 1021 and one side of the coil 1011 connected. The other side of the coil 1011 is with the other side of the coil 1012 and a voltage V DD connected. The LC resonant circuit 1040 is between the other side of the capacitor C t 1023 and the other side of the capacitor C t 1024 switched to the LC resonant circuit 1040 from the active components 1031 and 1032 to decouple. Sources (or emitters) of active devices 1031 and 1032 are with each other and with a power source 1050 connected.

In dem Beispiel von 10 sind die aktiven Bauelemente 1031 und 1032 (n-Kanal) MOSFETs. Mit den hier bereitgestellten Erkenntnissen der vorliegenden Prinzipien sollte jedoch erkannt werden, dass ein Fachmann die Topologie 1000 von 10 in Bezug auf andere Typen von aktiven Bauelementen leicht implementieren kann, wobei der Erfindungsgedanke der vorliegenden Prinzipien beibehalten wird. Darüber hinaus kann der gleiche Bauelementetyp z. B. ein MOSFET verwendet werden, wobei jedoch eine p-Kanal-Version verwendet wird. Diese und weitere Variationen bei den Schaltungselementen der Topologie 1000 werden mit den hier bereitgestellten Erkenntnissen der vorliegenden Prinzipien durch einen Fachmann leicht bestimmt und implementiert.In the example of 10 are the active components 1031 and 1032 (n-channel) MOSFETs. However, with the knowledge of the present principles provided herein, it should be recognized that one skilled in the art will appreciate the topology 1000 from 10 with respect to other types of active devices, while retaining the inventive concept of the present principles. In addition, the same type of component z. As a MOSFET can be used, but with a p-channel version is used. These and other variations in the circuit elements of the topology 1000 will be readily determined and implemented by one skilled in the art with the knowledge of the present principles provided herein.

11 zeigt die Ersatz-Halbschaltung 1100 für die Topologie 1000 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Halbschaltung 1100 enthält eine Spule 1111, einen Kondensator 1121, einen Widerstand Rt 1191, einen Kondensator Cc 1025, einen Kondensator Cd 1021, einen Kondensator Ct 1024, einen Kondensator 2·Cg 1027, ein aktives Bauelement 1031 und ein invertierendes Bauelement 1181. Die Spule 1111, der Kondensator 1121 und der Widerstand Rt 1191 betreffen den LC-Schwingkreis 1040. Im Einzelnen repräsentiert die Spule 1111 die induktive Komponente des LC-Schwingkreises 1040, der Kondensator 1121 repräsentiert die kapazitive Komponente des LC-Schwingkreises 1040 und Rt 1191 repräsentiert die Verluste in dem LC-Schwingkreis 1040. Obwohl Elemente von einer Hälfte der Topologie 1000 für die Halbschaltung 1100 verwendet werden, wobei die Bezugszeichen der Figur hierzu entsprechend beibehalten werden, wird ein Fachmann leicht erkennen, dass die Werte der gleichen Elemente von der Topologie 1000 der vollständigen Schaltung gegenüber der Halbschaltung 1100 verschieden sind, sie können jedoch trotzdem durch einen Fachmann mit den hier bereitgestellten Erkenntnissen der vorliegenden Prinzipien leicht bestimmt werden. 11 shows the spare half circuit 1100 for the topology 1000 according to an embodiment of the present principles. The half circuit 1100 contains a coil 1111 , a capacitor 1121 , a resistor R t 1191 , a capacitor C c 1025 , a capacitor C d 1021 , a capacitor C t 1024 , a capacitor 2 · C g 1027 , an active component 1031 and an inverting device 1181 , The sink 1111 , the capacitor 1121 and the resistance R t 1191 concern the LC resonant circuit 1040 , In detail, the coil represents 1111 the inductive component of the LC resonant circuit 1040 , the capacitor 1121 represents the capacitive component of the LC resonant circuit 1040 and R t 1191 represents the losses in the LC resonant circuit 1040 , Although elements of one half of the topology 1000 for the half circuit 1100 with the reference numerals of the figure maintained accordingly, one skilled in the art will readily recognize that the values of the same elements are different from the topology 1000 the complete circuit opposite the half circuit 1100 However, they may nevertheless be readily determined by one of ordinary skill in the art having the benefit of the present principles provided herein.

In der Ersatz-Halbschaltung 1100 kann erkannt werden, dass die Topologie 1000 ebenfalls 4 Kondensatoren aufweist und somit die vollständige Komplexität bei der kapazitiven Gesamtlast, der Vorspannungsabstimmung und Rückführungsverhältnissen aufweist. Tatsächlich sind die Topologie 800 und die Topologie 1000 in dem Sinn gleichwertig, dass eine Schaltung in die andere umgewandelt werden kann, indem lediglich eine Änderung an dem Wert der Kondensatoren Cc, Cd, Ct und Cg ausgeführt wird. Welche Schaltung verwendet wird, hängt davon ab, bei welcher sich für eine vorgegebene Anwendung vorteilhaftere und leicht realisierbare Kondensatorwerte ergeben.In the replacement half circuit 1100 can be recognized that the topology 1000 also has 4 capacitors and thus has complete complexity in total capacitive load, bias tuning and feedback ratios. In fact, the topology 800 and the topology 1000 in the sense that one circuit can be converted to the other by merely making a change to the value of the capacitors C c , C d , C t and C g . Which circuit is used depends on which results in a given application more advantageous and easily realizable capacitor values.

Bei allen der bisher erläuterten Ersatz-Halbschaltungen (d. h. den 2, 5, 7, 9 und 11) wurde angenommen, dass die Vorspannungsspulen zwischen Vdd und den Drains der Bauelemente eine sehr hohe Impedanz aufweisen, und sie wurden zur Vereinfachung der Analyse weggelassen. Genaue Simulationen zeigen jedoch, dass die Resonanzfrequenz in der Drainschaltung wichtig ist, da sie die Schwingungsamplitude und das Phasenrauschen beeinflusst. Die Schwingungsfrequenz wird hauptsächlich durch die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises bestimmt, die Schwingungsamplitude ist jedoch am größten und das Phasenrauschen am geringsten, wenn die Resonanzfrequenz der Drainschaltung auf eine Frequenz direkt unter der Schwingungsfrequenz abgestimmt werden kann. Die optimale Resonanzfrequenz der Drainschaltung wird empirisch beobachtet, wenn sie etwa 70 bis 90 der Schwingungsfrequenz beträgt. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft Vorkehrungen zu treffen, um sowohl die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises als auch die Resonanzfrequenz der Drainschaltung gemeinsam abzustimmen.In all of the previously explained replacement half circuits (ie the 2 . 5 . 7 . 9 and 11 ), it was assumed that the bias coils between Vdd and the drains of the devices have a very high impedance, and they have been omitted for ease of analysis. However, detailed simulations show that the resonant frequency in the drain circuit is important because it affects the amplitude of oscillation and the phase noise. The oscillation frequency is determined mainly by the resonant frequency of the LC resonant circuit, but the oscillation amplitude is largest and the phase noise the lowest when the resonant frequency of the drain circuit can be tuned to a frequency just below the oscillation frequency. The optimum resonant frequency of the drain circuit is empirically observed when it is about 70 to 90% of the oscillation frequency. For this reason, it is advantageous to take measures to jointly tune both the resonant frequency of the LC resonant circuit and the resonant frequency of the drain circuit.

TABELLE 1 zeigt eine Zusammenfassung von Topologien und entsprechenden Vorteilen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Das heißt TABELLE 1 fasst die unterschiedlichen Topologien von spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCO), die zuvor erläutert wurden, zusammen und vergleicht ihre Vorteile (und Nachteile). Zu den vier verglichenen Aspekten gehören die Schwingungsamplitude (A), das Rauschen, das in den Schwingkreis eingeführt wird (N); der Lastgütefaktor des Schwingkreises infolge des Einflusses des Transconductors (Q); und die Signalformverzerrung infolge eines veränderlichen Widerstands in dem belasteten Schwingkreis (D). Diese Aspekte haben einen direkten Einfluss auf die Phasenrauschleistung des VCO. Der Mechanismus zur Verbesserung/Veränderung dieser Parameter für die unterschiedlichen VCOs ist in Klammern erwähnt. Zusätzliche Kommentare in Bezug auf diese Topologien sind außerdem in der Spalte ”Kommentar” hervorgehoben. Aus TABELLE 1 kann erkannt werden, dass die vorgeschlagenen Architekturen diese Aspekte (A, N, Q und D) der VCO im Vergleich zu kreuzgekoppelten Topologien des Standes der Technik verbessern. Als eine Folge stellen die neuen Topologien verschiedene Mechanismen bereit, um eine geringe Phasenrauschleistung zu erreichen. TABELLE 1 stellt außerdem eine Intuition der Kompromisse zwischen diesen Topologien bereit. Die Auswahl einer bestimmten Topologie kann durch die speziellen Anforderungen für dieses Design erfolgen. TABELLE 1 Topologie Vorteile Fig. Kommentare 100 A → 4 Erhöht (Rückführung), keine Durchbruchprobleme N → Anteil von aktiv, Anteil von Vorspannung Q → Verschlechtert (weniger als kreuzgekoppelt) D → Kleinere Verzerrung als kreuzgekoppelt 1, 2 Das Vorspannungsnetzwerk kann auf einen Wert nahe an der Schwingungsfrequenz abgestimmt werden, um das Phasenrauschen zu verbessern. 400 A → Erhöht (Rückführung, gm Begrenz.) keine Durchbruchprobleme N → Anteil von aktiv, Anteil von Vorspannung Q → Nicht verschlechtert D → Minimale Verzerrung 4, 5 Betonung auf gm-Linearisierung Das Vorspannungsnetzwerk kann auf einen Wert nahe an der Schwingungsfrequenz abgestimmt werden, um das Phasenrauschen zu verbessern. 600 A → Erhöht (Rückführung, gm Begrenz.) keine Durchbruchprobleme N → Anteil von aktiv, Anteil von Vorspannung Q → Nicht verschlechtert D → Minimale Verzerrung 6, 7 Betonung auf Amplitudenvergrößerung aus Rückführungsverhältnis, Das Vorspannungsnetzwerk kann auf einen Wert nahe an der Schwingungsfrequenz abgestimmt werden, um das Phasenrauschen zu verbessern. 800 A → Erhöht (Rückführung, gm Begrenz.) keine Durchbruchprobleme N → Anteil von aktiv, Anteil von Vorspannung Q → Nicht verschlechtert D → Minimale Verzerrung 8, 9 Vollständige Freiheit bei der Wahl aller Parameter. Das Vorspannungsnetzwerk kann auf einen Wert nahe an der Schwingungsfrequenz abgestimmt werden, um das Phasenrauschen zu verbessern. 1000 A → Erhöht (Rückführung, gm Begrenz.) keine Durchbruchprobleme N → Anteil von aktiv, Anteil von Vorspannung Q → Nicht verschlechtert D → Minimale Verzerrung 10, 11 Unterschiedliche Höchstwerte zur Topologie 800 (in Abhängigkeit vom Entwurf möglicherweise einfachere Implementierung). Vollständige Freiheit bei der Wahl aller Parameter. Das Vorspannungsnetzwerk kann auf einen Wert nahe an der Schwingungsfrequenz abgestimmt werden, um das Phasenrauschen zu verbessern. TABLE 1 shows a summary of topologies and corresponding advantages according to one embodiment of the present principles. That is, TABLE 1 summarizes the various topologies of voltage controlled oscillators (VCO) discussed above and compares their advantages (and disadvantages). The four aspects compared include the vibration amplitude (A), the noise introduced into the resonant circuit (N); the load quality factor of the resonant circuit due to the influence of the transconductor (Q); and the waveform distortion due to a variable resistance in the loaded oscillation circuit (D). These aspects have a direct influence on the phase noise performance of the VCO. The mechanism for improving / changing these parameters for the different VCOs is mentioned in parentheses. Additional comments regarding these topologies are also highlighted in the "Comment" column. It can be seen from TABLE 1 that the proposed architectures improve these aspects (A, N, Q, and D) of the VCO as compared to prior art cross-coupled topologies. As a consequence, the new topologies provide different mechanisms to achieve low phase noise performance. TABLE 1 also provides an intuition of compromises between these topologies. The selection of a specific topology can be made by the specific requirements for this design. TABLE 1 topology advantages FIG. Comments 100 A → 4 Increases (feedback), no breakthrough problems N → proportion of active, proportion of bias Q → degraded (less than cross-coupled) D → Smaller distortion than cross-coupled 1, 2 The bias network can be tuned to a value close to the oscillation frequency to improve phase noise. 400 A → Increases (feedback, gm limit) no breakthrough problems N → proportion of active, proportion of bias Q → not deteriorated D → minimum distortion 4, 5 Emphasis on gm linearization The bias network can be tuned to a value close to the oscillation frequency to improve phase noise. 600 A → Increases (feedback, gm limit) no breakthrough problems N → proportion of active, proportion of bias Q → not deteriorated D → minimum distortion 6, 7 Stress on Amplitude Magnification from Feedback Ratio The bias network can be tuned to a value close to the oscillation frequency to improve phase noise. 800 A → Increases (feedback, gm limit) no breakthrough problems N → proportion of active, proportion of bias Q → not deteriorated D → minimum distortion 8, 9 Complete freedom in the choice of all parameters. The bias network can be tuned to a value close to the oscillation frequency to improve phase noise. 1000 A → Increases (feedback, gm limit) no breakthrough problems N → proportion of active, proportion of bias Q → not deteriorated D → minimum distortion 10, 11 Different maximum values for topology 800 (depending on the design, perhaps easier implementation). Complete freedom in the choice of all parameters. The bias network can be tuned to a value close to the oscillation frequency to improve phase noise.

12 ist ein Verfahren 1200 zum Entkoppeln eines Oszillators auf Basis eines LC-Schwingkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Prinzipien. Die Entkopplung ist insbesondere vorteilhaft für Anwendungen mit geringem Phasenrauschen und hoher Schwingungsamplitude. 12 is a procedure 1200 for decoupling an oscillator based on an LC resonant circuit according to an embodiment of the present principles. The decoupling is particularly advantageous for applications with low phase noise and high oscillation amplitude.

Im Schritt 1210 wird ein Oszillator auf Basis eines LC-Schwingkreises bereitgestellt, der eine oder mehreren aktive Bauelemente, eine oder mehreren passive Bauelemente und eine LC-Schwingkreisschaltung aufweist. Im Schritt 1220 wird die LC-Schwingkreisschaltung unter Verwendung von wenigstens eines der einen oder der mehreren passiven Bauelemente von den aktiven Bauelementen entkoppelt. Im Schritt 1220 wird ein Kopplungsverhältnis zwischen der LC-Schwingkreisschaltung und dem einen oder den mehreren aktiven Bauelementen so eingestellt, dass ein Maximalwert der Schwingungsamplitude auf der Grundlage einer Durchbruchspannung lediglich der einen oder der mehreren passiven Bauelemente begrenzt ist.In step 1210 For example, an oscillator based on an LC resonant circuit is provided that has one or more active components, one or more passive components, and an LC resonant circuit. In step 1220 For example, the LC resonant circuit is decoupled from the active devices using at least one of the one or more passive devices. In step 1220 For example, a coupling ratio between the LC oscillation circuit and the one or more active devices is set so that a maximum value of the oscillation amplitude is limited based on a breakdown voltage of only the one or more passive devices.

Claims (11)

Schwingkreisgestützter Oszillator (100), der Folgendes umfasst: ein oder mehrere aktive Bauelemente; ein oder mehrere passive Bauelemente; und eine Schwingkreisschaltung, die unter Verwendung wenigstens eines der ein oder mehreren passiven Bauelemente von dem einen oder mehreren aktiven Bauelementen entkoppelt ist, wobei ein Kopplungsverhältnis zwischen der Schwingkreisschaltung und dem einen oder den mehreren aktiven Bauelementen so eingestellt ist, dass ein Maximalwert einer Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung auf der Grundlage einer Durchbruchspannung lediglich des einen oder der mehreren passiven Bauelemente begrenzt ist, wobei das eine oder die mehreren passiven Bauelemente wenigstens einen ersten (123) und einen zweiten Kondensator (124) umfassen, das eine oder die mehreren aktiven Bauelemente N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistoren oder bipolare Transistoren sind, die ein erstes und ein zweites aktives Bauelement umfassen, wovon jedes wenigstens einen Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis aufweist, und wobei das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes (131) mit einer Seite des ersten Kondensators und dem Drain des zweiten aktiven Bauelementes (132) oder Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden ist, das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes (132) mit einer Seite des zweiten Kondensators (124) und dem Drain oder dem Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden ist und die Schwingkreisschaltung (140) zwischen die andere Seite des ersten Kondensators und die andere Seite des zweiten Kondensators geschaltet ist, um die Schwingkreisschaltung von den ersten und zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.Oscillator-based oscillator ( 100 ), comprising: one or more active devices; one or more passive components; and a tank circuit that is decoupled from the one or more active devices using at least one of the one or more passive devices, wherein a coupling ratio between the tank circuit and the one or more active devices is set to be a maximum value of a vibration amplitude of the tank circuit is limited on the basis of a breakdown voltage of only one or more passive components, wherein the one or more passive components at least a first ( 123 ) and a second capacitor ( 124 ), the one or more active devices are N-channel metal oxide field effect transistors or bipolar transistors comprising first and second active devices, each having at least one drain or collector and a gate or base, and wherein the gate or base of the first active device ( 131 ) with one side of the first capacitor and the drain of the second active component ( 132 ) or collector of the second active device, the gate or the base of the second active device ( 132 ) with one side of the second capacitor ( 124 ) and the drain or the collector of the first active component is connected and the resonant circuit ( 140 ) is connected between the other side of the first capacitor and the other side of the second capacitor in order to decouple the oscillator circuit from the first and second active components. Schwingkreisgestützter Oszillator nach Anspruch 1, wobei die mehreren aktiven Bauelemente lediglich einem Teil des Maximalwerts der Schwingungsamplitude ausgesetzt sind. A resonant circuit based oscillator according to claim 1, wherein the plurality of active devices are exposed to only a part of the maximum value of the oscillation amplitude. Schwingkreisgestützter Oszillator nach Anspruch 1, wobei der Maximalwert der Schwingungsamplitude auf der Grundlage einer Durchbruchspannung mindestens eines der mehreren passiven Bauelemente festgelegt ist.The resonant circuit based oscillator according to claim 1, wherein the maximum value of the oscillation amplitude is set on the basis of a breakdown voltage of at least one of the plurality of passive components. Schwingkreisgestützter Oszillator nach Anspruch 1, wobei die mehreren passiven Bauelemente eine passive Entkopplungsvorrichtung umfassen.The resonant circuit based oscillator of claim 1, wherein the plurality of passive devices comprise a passive decoupling device. Schwingkreisgestützter Oszillator nach Anspruch 1, wobei ein Drain und ein Gate der mehreren MOSFETs unabhängig vorgespannt werden, um die Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung zu steuern.The resonant circuit based oscillator according to claim 1, wherein a drain and a gate of the plurality of MOSFETs are independently biased to control the oscillation amplitude of the oscillation circuit. Schwingkreisgestützter Oszillator nach Anspruch 1, wobei ein Kollektor und eine Basis der mehreren bipolaren Transistoren unabhängig vorgespannt werden, um die Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung zu steuern.The resonant circuit based oscillator according to claim 1, wherein a collector and a base of the plurality of bipolar transistors are independently biased to control the oscillation amplitude of the oscillation circuit. Schwingkreisgestützter Oszillator (400), der Folgendes umfasst: ein oder mehrere aktive Bauelemente; ein oder mehrere passive Bauelemente; und eine Schwingkreisschaltung, die unter Verwendung wenigstens eines der ein oder mehreren passiven Bauelemente von dem einen oder mehreren aktiven Bauelementen entkoppelt ist, wobei ein Kopplungsverhältnis zwischen der Schwingkreisschaltung und dem einen oder den mehreren aktiven Bauelementen so eingestellt ist, dass ein Maximalwert einer Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung auf der Grundlage einer Durchbruchspannung lediglich des einen oder der mehreren passiven Bauelemente begrenzt ist, wobei das eine oder die mehreren passiven Bauelemente wenigstens einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Kondensator umfassen, das eine oder die mehreren aktiven Bauelemente N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistoren oder bipolare Transistoren sind, die ein erstes (431) und ein zweites aktives Bauelement (432) umfassen, wovon jedes wenigstens ein Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis aufweist, und wobei das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes (431) mit einer Seite des ersten Kondensators (426) und einer Seite des dritten Kondensators (423) verbunden ist, das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes (432) mit einer Seite des zweiten Kondensators (425) und einer Seite des vierten Kondensators (424) verbunden ist, die andere Seite des ersten Kondensators mit dem Drain oder Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden ist, die andere Seite des zweiten Kondensators mit dem Drain oder Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden ist und die Schwingkreisschaltung (440) zwischen die andere Seite des dritten Kondensators und die andere Seite des vierten Kondensators geschaltet ist, um die Schwingkreisschaltung von den ersten und zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.Oscillator-based oscillator ( 400 ), comprising: one or more active devices; one or more passive components; and a tank circuit that is decoupled from the one or more active devices using at least one of the one or more passive devices, wherein a coupling ratio between the tank circuit and the one or more active devices is set to be a maximum value of a vibration amplitude of the tank circuit is limited on the basis of a breakdown voltage of only one or more passive components, wherein the one or more passive components comprise at least a first, a second, a third and a fourth capacitor, the one or more active devices N-channel Metal oxide field effect transistors or bipolar transistors are the first ( 431 ) and a second active component ( 432 ), each having at least one drain or collector and a gate or base, and wherein the gate or base of the first active device (12) 431 ) with one side of the first capacitor ( 426 ) and one side of the third capacitor ( 423 ), the gate or base of the second active device ( 432 ) with one side of the second capacitor ( 425 ) and one side of the fourth capacitor ( 424 ), the other side of the first capacitor is connected to the drain or collector of the second active component, the other side of the second capacitor is connected to the drain or collector of the first active component, and the tank circuit ( 440 ) is connected between the other side of the third capacitor and the other side of the fourth capacitor in order to decouple the oscillator circuit from the first and second active components. Schwingkreisgestützter Oszillator (800), der Folgendes umfasst: ein oder mehrere aktive Bauelemente; ein oder mehrere passive Bauelemente; und eine Schwingkreisschaltung (840), die unter Verwendung wenigstens eines der ein oder mehreren passiven Bauelemente von dem einen oder mehreren aktiven Bauelementen entkoppelt ist, wobei ein Kopplungsverhältnis zwischen der Schwingkreisschaltung und dem einen oder den mehreren aktiven Bauelementen so eingestellt ist, dass ein Maximalwert einer Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung auf der Grundlage einer Durchbruchspannung lediglich des einen oder der mehreren passiven Bauelemente begrenzt ist, wobei das eine oder die mehreren passiven Bauelemente wenigstens einen ersten (823), einen zweiten (824), einen dritten (826), einen vierten (825) und einen fünften Kondensator (827) umfassen, wobei die eine oder die mehreren aktiven Bauelemente N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistoren oder bipolare Transistoren sind, die ein erstes und ein zweites aktives Bauelement umfassen, wovon jedes wenigstens ein Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis aufweist und wobei das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes (831) mit einer Seite des ersten Kondensators und einer Seite des fünften Kondensators verbunden ist, das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes (832) mit einer Seite des zweiten Kondensators und der anderen Seite des fünften Kondensators verbunden ist, eine Seite des vierten Kondensators mit dem Drain oder Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden ist, eine Seite des dritten Kondensators mit dem Drain oder Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden ist, die andere Seite des ersten Kondensators mit der anderen Seite des dritten Kondensators und einer Seite der Schwingkreisschaltung verbunden ist, die andere Seite des zweiten Kondensators mit der anderen Seite des vierten Kondensators und der anderen Seite der Schwingkreisschaltung verbunden ist, um die Schwingkreisschaltung von den ersten und zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.Oscillator-based oscillator ( 800 ), comprising: one or more active devices; one or more passive components; and a resonant circuit ( 840 ), which is decoupled from the one or more active devices using at least one of the one or more passive devices, wherein a coupling ratio between the tank circuit and the one or more active devices is set such that a maximum value of a vibration amplitude of the tank circuit on the Basis of a breakdown voltage of only the one or more passive components is limited, wherein the one or more passive components at least a first ( 823 ), a second ( 824 ), a third ( 826 ), a fourth ( 825 ) and a fifth capacitor ( 827 ), wherein the one or more active devices are N-channel metal oxide field effect transistors or bipolar transistors comprising a first and a second active device each having at least one drain or collector and a gate or base, and wherein the gate or base of the first active device ( 831 ) is connected to one side of the first capacitor and one side of the fifth capacitor, the gate or the base of the second active component ( 832 ) is connected to one side of the second capacitor and the other side of the fifth capacitor, one side of the fourth capacitor is connected to the drain or collector of the first active device, one side of the third capacitor is connected to the drain or collector of the second active device , the other side of the first capacitor is connected to the other side of the third capacitor and one side of the tank circuit, the other side of the second capacitor to the other side of the fourth capacitor and the other side of the tank circuit is connected to decouple the tank circuit from the first and second active components. Verfahren, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines schwingkreisgestützten Oszillators (100), der ein oder mehrere aktive Bauelemente, ein oder mehrere passive Bauelemente und eine Schwingkreisschaltung aufweist; und Entkoppeln der Schwingkreisschaltung von dem einen oder den mehreren aktiven Bauelementen unter Verwendung von wenigstens einem der einen oder mehreren passiven Bauelemente; und wobei ein Kopplungsverhältnis zwischen der Schwingkreisschaltung und dem einen oder den mehreren aktiven Bauelementen so eingestellt ist, dass ein Maximalwert einer Schwingungsamplitude der Schwingkreisschaltung auf der Grundlage einer Durchbruchspannung lediglich des einen oder der mehreren passiven Bauelemente begrenzt ist, wobei das eine oder die mehreren passiven Bauelemente wenigstens einen ersten (123) und einen zweiten Kondensator (124) umfassen, das eine oder die mehreren aktiven Bauelemente N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistoren oder bipolare Transistoren sind, die ein erstes (131) und ein zweites aktives Bauelement (132) umfassen, wovon jedes wenigstens einen Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis aufweist, und wobei das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes mit einer Seite des ersten Kondensators und dem Drain des zweiten aktiven Bauelementes oder Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden ist, das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes mit einer Seite des zweiten Kondensators und dem Drain oder dem Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden ist und die Schwingkreisschaltung zwischen die andere Seite des ersten Kondensators und die andere Seite des zweiten Kondensators geschaltet ist, um die Schwingkreisschaltung (140) von den ersten und zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.A method comprising: providing a resonant oscillator ( 100 ) having one or more active devices, one or more passive devices, and a tank circuit; and decoupling the tank circuit from the one or more active devices using at least one of the one or more passive devices; and wherein a coupling ratio between the tank circuit and the one or more active devices is set such that a maximum value of a vibration amplitude of the tank circuit is limited based on a breakdown voltage of only the one or more passive devices, the one or more passive devices at least a first ( 123 ) and a second capacitor ( 124 ), the one or more active devices are N-channel metal oxide field-effect transistors or bipolar transistors having a first ( 131 ) and a second active component ( 132 ), each having at least one drain or collector and a gate or base, and wherein the gate or base of the first active device is connected to one side of the first capacitor and the drain of the second active device or collector of the second active device , the gate or base of the second active device is connected to one side of the second capacitor and the drain or collector of the first active device, and the tank circuit is connected between the other side of the first capacitor and the other side of the second capacitor the oscillating circuit circuit ( 140 ) to decouple from the first and second active devices. Schwingkreisgestützter Oszillator (100), der Folgendes umfasst: eine Schwingkreisschaltung; wenigstens einen ersten und einen zweiten Kondensator; und ein erstes (131) und ein zweites aktives Bauelement (132), wovon jedes ein N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistor oder ein bipolarer Transistor ist und wenigstens ein Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis aufweist, wobei das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes mit einer Seite des ersten Kondensators (123) und dem Drain oder Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden ist, das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes mit einer Seite des zweiten Kondensators (124) und dem Drain oder Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden ist und die Schwingkreisschaltung zwischen die andere Seite des ersten Kondensators und die andere Seite des zweiten Kondensators geschaltet ist, um die Schwingkreisschaltung (140) von den ersten und zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.Oscillator-based oscillator ( 100 ), comprising: a tank circuit; at least a first and a second capacitor; and a first ( 131 ) and a second active component ( 132 Each of which is an N-channel metal oxide field effect transistor and a bipolar transistor and has at least one drain or collector and a gate or base, wherein the gate or base of the first active device is connected to one side of the first capacitor. 123 ) and the drain or collector of the second active device is connected, the gate or the base of the second active device with a side of the second capacitor ( 124 ) and the drain or collector of the first active device is connected and the resonant circuit is connected between the other side of the first capacitor and the other side of the second capacitor to the resonant circuit ( 140 ) to decouple from the first and second active devices. Schwingkreisgestützter Oszillator (400), der Folgendes umfasst: eine Schwingkreisschaltung (440); wenigstens einen ersten (426), einen zweiten (425), einen dritten (423) und einen vierten Kondensator (424); und ein erstes (431) und ein zweites aktives Bauelement (432), wovon jedes ein N-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistor oder ein bipolarer Transistor ist und wenigstens ein Drain oder einen Kollektor und ein Gate oder eine Basis aufweist, wobei das Gate oder die Basis des ersten aktiven Bauelementes mit einer Seite des ersten Kondensators und einer Seite des dritten Kondensators verbunden ist, das Gate oder die Basis des zweiten aktiven Bauelementes mit einer Seite des zweiten Kondensators und einer Seite des vierten Kondensators verbunden ist, die andere Seite des ersten Kondensators mit dem Drain oder Kollektor des zweiten aktiven Bauelementes verbunden ist, die andere Seite des zweiten Kondensators mit dem Drain oder Kollektor des ersten aktiven Bauelementes verbunden ist, und die Schwingkreisschaltung zwischen die andere Seite des dritten Kondensators und die andere Seite des vierten Kondensators geschaltet ist, um die Schwingkreisschaltung von den ersten und zweiten aktiven Bauelementen zu entkoppeln.Oscillator-based oscillator ( 400 ), comprising: a resonant circuit ( 440 ); at least a first ( 426 ), a second ( 425 ), a third ( 423 ) and a fourth capacitor ( 424 ); and a first ( 431 ) and a second active component ( 432 Each of which is an N-channel metal oxide field effect transistor and a bipolar transistor and has at least one drain or a collector and a gate or a base, wherein the gate or the base of the first active device with one side of the first capacitor and a Side of the third capacitor is connected, the gate or the base of the second active device is connected to one side of the second capacitor and one side of the fourth capacitor, the other side of the first capacitor connected to the drain or collector of the second active component, the the other side of the second capacitor is connected to the drain or collector of the first active device, and the resonant circuit is connected between the other side of the third capacitor and the other side of the fourth capacitor to decouple the resonant circuit from the first and second active components.
DE102012211610A 2011-09-09 2012-07-04 Topology of a fully decoupled oscillator based on an LC resonant circuit for applications with low phase noise and high oscillation amplitude Active DE102012211610B4 (en)

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US13/228,779 US8773215B2 (en) 2011-09-09 2011-09-09 Fully decoupled LC-tank based oscillator topology for low phase noise and high oscillation amplitude applications
US13/228,779 2011-09-09

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